Типы свинцовых аккумуляторов: характеристики, особенности и применение

Свинцовый аккумулятор — это источник питания, конструкция которого осталась неизменной со времени его изобретения. Основное предназначение аккумуляторной батареи – оказать помощь при пуске двигателя и обеспечить питанием бортовую сеть автомобиля при неработающем двигателе. Сама аккумуляторная батарея электрический ток не вырабатывает – за счет химической реакции она его накапливает.

Иногда мы задаемся вопросом — что внутри автомобильного аккумулятора? А внутри  — кислотный электролит, содержащий серную кислоту и свинцовые пластины. Это конечно упрощённо, далее расскажем поподробней.

Автомобильный аккумулятор является вторичным гальваническим элементом. Внимательное изучение его свойств и устройства поможет правильно выбрать необходимый нам продукт при покупке.

Что же такое гальванические элементы

Гальванический элемент — прибор, который преобразует химическую энергию в энергию электрическую. Главными составными частями любого гальванического элемента являются два электрода — катод и анод, размещенные в сосуде из не проводящего ток материала и заполненного электролитом.

Все многообразие применяемых гальванических элементов можно разделить на два главных типа: первичные элементы и вторичные элементы.

К числу первичных элементов относятся, например, всем известные так называемые «сухие» элементы. К вторичным элементам относятся аккумуляторные батареи всех типов. Различие между типами элементов обусловливается характером химических реакций, протекающих в них при эксплуатации.

Во вторичных элементах происходящие химические реакции обратимые. Отработавшая или разряженная АКБ может быть восстановлена (заряжена), если пропускать через неё постоянный электрический ток в обратном направлении. В процессе заряда электрическая энергия преобразуется в химическую. При следующем цикле разряда происходит обратная реакция.

Типы автомобильных аккумуляторов

Типы аккумуляторов бывают обслуживаемые и необслуживаемые.

У обслуживаемого аккумулятора можно:

• физически просто выкрутить пробки с банок;
• визуально определить уровень электролита и состояние свинцовых пластин;
• замерить плотность, кипение электролита при заряде;
• при необходимости добавить дистиллированную воду.

Если говорить языком автомобилиста – «добраться до внутренностей». Мы можем делать с аккумулятором все что захотим.

Но обслуживаемые АКБ имеют ряд недостатков:

• из-за негерметичности батареи в процессе эксплуатации электролит может выкипать, что приводит к снижению его уровня и, как следствие, падает ёмкость, итог – проблемы с запуском автомобиля;
• испарение воды приводит к повышению плотности электролита, следствием чего является разрушение пластин;
• необходимо постоянно контролировать уровень электролита;
• при нагревании электролита на внешней крышке аккумулятора (в местах расположения пробок) образуется специфический белый налет, что может привести к замыканию клемм и преждевременному частичному разряду.

Все эти недостатки – проблемы прошедших лет. Изобретатели долгие годы трудились над решением этих проблем и, наконец, нашли выход из положения – сделали аккумулятор необслуживаемым.

Необслуживаемый АКБ.

Отличительной чертой является отсутствие пробок на верхней крышке и как бы вы не хотели заглянуть внутрь – ничего не получится. Он стал полностью герметичным.

Какие достоинства у данного типа?

• при нагревании электролита испаряемая жидкость в виде конденсата оседает на внутренних стенках батареи и стекает вниз.
• АКБ можно кантовать как угодно, не боясь пролива электролита.
• решена главная проблема – пластины всегда находятся в электролите.

Но без недостатков не бывает ни одного устройства.

На необслуживаемых батареях перемычки между банками расположены внутри корпуса. Проверить напряжение на банках практически невозможно.

На необслуживаемые аккумуляторы начали устанавливать так называемые «клапаны аварийного сброса давления». Срабатывает он в экстренных случаях, когда происходит сильный перезаряд. Наружу выходит часть испаряемого электролита, но вот обратно добавить его в батарею возможность отсутствует напрочь. Несколько перезарядов и как итог – батарея теряет ёмкость.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Наверняка более 90% автомобилистов знают об устройстве своего аккумулятора только из школьных уроков физики. Да в повседневной жизни это уже и не требуется. Купил – установил – забыл.

Характеристики аккумуляторных батарей, на которые обращают внимание автомобилисты при его выборе: тип батареи (обслуживаемая или безуходная), электрическая ёмкость батареи, номинальное напряжение батареи, саморазряд.

Термин «электрическая ёмкость АКБ» означает количество электричества, отдаваемого аккумулятором при разряде. Ёмкость определяется в ампер-часах.

Разрядная ёмкостью СР — количество электричества в ампер-часах, получаемое при разряде аккумулятора до допустимого напряжения. Разрядную ёмкость определяют исходя из формуле:

СР  = Iр* tр

Ёмкость САБ существенным образом зависит от температуры электролита, особенно на стартерных режимах разряда.

Ёмкость аккумулятора может быть выражена двояко: в амперчасах или в ваттчасах. Термин «ёмкость» обозначает то количество электричества, которое можно получить от данного источника питания. Ёмкость же в ваттчасах есть мера энергии или способности производить работу.

При определении емкости какой-либо аккумуляторной батареи необходимо отмечать режим, при котором производится разряд, температуру и конечное напряжение. Ёмкость аккумулятора в основном определяется тремя факторами: разряд, температура и конечное напряжение, а при маркировке устанавливается в амперчасах.

Стандартной величиной номинального напряжения одного элемента аккумулятора является 2 вольта. Для легковых автомобилей выпускают аккумуляторы с напряжением 12в., а на грузовых применяют с напряжением 24в. Для специальной техники могут изготавливаться АКБ с напряжением, установленным производителем.

Самопроизвольный разряд аккумулятора – потеря емкости в процессе хранения, отключения внешних потребителей, температурного режима эксплуатации и качества ТО. При этом его рабочие характеристики снижаются.

Экспериментально установлено, что для свинцово-кислотных АКБ величина саморазряда варьируется от 1,5 до 3% в месяц.

Одной из причин повышенного саморазряда обслуживаемых аккумуляторов является применение не дистиллированной воды, содержащей примеси железа, хлора и различных солей.

Также при переворачивании батареи или сильной тряске происходит осыпание активного вещества с пластин.

Заглянем что внутри?

Принципиально конструкция аккумуляторов осталась неизменной со времени их изобретения: свинцовые пластины и кислота. Внутреннее пространство заполнено электролитом, состоящим из 38%-ной серной кислоты и дистиллированной воды. В каждой батарее отрицательные и положительные электроды чередуются. Между пластинами размещаются пластмассовые сепараторы. Все перемычки между элементами и батареями изготовлены из свинца.

Разберемся в конструкции АКБ подробней

Устройство автомобильного аккумулятора простое: ёмкость для размещения электродов, пластин, сепараторов и крышки. В обслуживаемых в крышке предусмотрены горловины для заливки электролита и закручивающиеся пробки. Они позволяют при необходимости доливать дистиллированную воду.

Корпуса батарей изготавливают из прочного полипропилена.

Материал корпуса не токопроводящий и химически стоек к серной кислоте. По нижнему краю корпуса предусмотрена отбортовка для жесткого крепления в автомобиле, чтобы исключить удары и падения.

Вентиляционные (лабиринтные) пробки используются в обслуживаемых батареях. Они предохраняют от выноса и выплескивания электролита, но обеспечивают свободный выход газа. В качестве лабиринтного наполнителя могут использоваться гранулы полиэтилена.

Чтобы исключить неправильное подключение батареи к бортовой сети автомобиля, свинцовые клеммные выводы отличаются по размерам, и чём вкратце описано в статье про виды аккумуляторов.

Практически все виды свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов неремонтопригодны.

Принцип работы автомобильного аккумулятора

Принцип работы аккумулятора в автомобиле основан на процессах двух видов. При подключении к батарее потребителей (стартер, фары, приборы панели управления автомобили и др.) происходит её разряд.

При этом химическая энергия превращается в электрическую, которая, в свою очередь, может быть превращена в тепловую, механическую и световую.

Если к такому источнику питания  подключить электродвигатель, то часть электроэнергии превратится в механическую, а какая-то — в тепловую.

При заряде происходит обратный процесс — электрическая энергия преобразуется в химическую.

Во время заряда на пластинах- катоде, аноде и в электролите образуются те вещества, которые вступают в электрохимическую реакцию при разряде. Химические реакции при заряде идут в обратном направлении по сравнению с химическими реакциями при разряде. Этим и объясняется то, что АКБ называют обратимым источником тока, его работа носит циклический характер: разряд-заряд.

Как заряжать аккумулятор автомобиля?

Способов зарядки существует великое множество.

Зарядка аккумуляторных батарей производится постоянно при работающем двигателе или специальным зарядным устройством.

Для заряда аккумулятора заводской готовности его нужно залить электролитом и выдержать требуемое для пропитки время, после чего подключить к зарядному устройству. Положительный полюс батареи необходимо соединить с положительным полюсом ЗУ, а отрицательный — с отрицательным. Начать заряд можно при условии, что температура электролита в банках не выше 30°С в холодной и не выше 35°С в жаркой и теплой влажной зонах, в противном случае ему надо дать остыть.

Сам процесс заряда подробно расписан в инструкциях к зарядным устройствам. О зарядке кальциевых батарей Вы можете почитать тут.

В заключение можно отметить, что практически все виды свинцово-кислотных автомобильных АКБ не ремонтопригодны.

В настоящее время вышедшие из строя АКБ, в лучшем случае, умельцы выжигают на кострах с целью получения свинца. А в основном отработавшие батареи сдают в пункты приема цветных металлов или обменивают на новые с доплатой.

Типы кислотно-свинцовых аккумуляторных батарей

Без подготовки разобраться в разновидностях кислотно-свинцовых аккумуляторов не так просто: неспециалист, к примеру, редко знает, что означают аббревиатуры SLA, AFG, AGM и прочие.

Кислотно-свинцовый аккумулятор, как система пластин в растворе серной кислоты между двумя свинцовыми электродами – довольно популярная и надежная конструкция автономного источника питания, известная с начала XX века. В настоящее время существует несколько основных типов кислотно-свинцовых аккумуляторов.

Подразделение типов свинцовых батарей по конструкции и состоянию электролита

По конструкции кислотно-свинцовые аккумуляторы можно разделить на:

• Тип WET — батареи с жидким электролитом, которые, в свою очередь, подразделяются на батареи со свободным электролитом и аккумуляторы модификации AFG. Герметичные аккумуляторы в международной классификации обозначаются SLA (от английского «seal» — уплотнение).
• Батареи с регулируемым клапаном (VRLA). В этих АКБ электролит содержится не в жидком состоянии, а в желеобразном (гелевом) или абсорбированном.

Батареи со свободным электролитом подразделяются на обслуживаемые и необслуживаемые (есть ещё промежуточный тип – «малообслуживаемые»). Их особенности:

• Необслуживаемые модели не предоставляют владельцу машины или автомеханику возможности вскрывать АКБ и добавлять электролит или измерять его плотность. Некоторые отечественные и зарубежные производители сохраняют при этом в конструкции окошко для наблюдения за уровнем электролита.
• Обслуживаемые аккумуляторы, которые считаются уже устаревшими (на сегодняшний день они по-прежнему производятся, но в небольших количествах), позволяют вручную открывать «банки» и добавлять электролит, измеряя его плотность.

Батареи VRLA, в которых электролит имеет гелевую (тип GEL) или абсорбированную консистенцию (тип AGM), более устойчивы к низким температурам и способны долго держать зарядку. При их зарядке обеспечение вентиляции в помещении не требуется. На энергетических объектах могут применяться также аккумуляторы AGM глубокого разряда (обеспечивающие 200-400 циклов разряда до 100 %).

Аббревиатура AGM расшифровывается как «абсорбирующие маты из стекла». Отсеки корпуса такого аккумулятора заполняются пористой субстанцией из стекловолокна, пропитываемой раствором серной кислоты. В такой конструкции электролит находится в батарее в «связанном» состоянии. При этом поры заполняются электролитом не полностью, есть свободный объём, в котором должен рекомбинироваться газ.

Подразделение по функциональному назначению. Области применения

С точки зрения области применения свинцово-кислотные аккумуляторы можно разделить на:

• Стартерные, которые и используются в автомобилях. Стартерные батареи с жидким электролитом достаточно быстро разряжаются, могут требовать вентиляции в процессе зарядки, а иногда и обслуживания. На современных моделях машин известных производителей уже устанавливаются батареи AGM, в том числе для запитывания системы «Старт – Стоп».
• Общепромышленного назначения. Для обеспечения бесперебойного питания (к примеру, электрических транспортных средств) часто применяется батарея типа VRLA (с регулируемым клапаном).
• Тяговые, применяемые для нагруженных цикличных режимов в энергетике и машиностроении, на испытательных стендах (например, при испытаниях газотурбогенераторов на разных режимах нагрузки). В качестве тяговых часто применяются аккумуляторы типа WET (с жидким электролитом).
• Солнечные (для особо нагруженных режимов).

Поскольку свинцово-кислотные аккумуляторы используются с начала XX века, связанная с ними теория очень развита. Совершенствуются химические процессы, разрабатываются технологии, которые позволяют электролиту держать заряд дольше. Чтобы купить аккумулятор для автомобиля, покупателю не нужно разбираться в технологиях изготовления батарей, которые со временем усложняются. Однако знание типов аккумуляторов и их особенностей поможет при выборе. Если вам сложно разобраться в многообразии батарей, вы можете воспользоваться помощью наших консультантов.

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.

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.

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.

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 анод – из графи

404 Not Found

Средства и системы охранно-пожарной сигнализации

Средства и системы охранного телевидения

Средства и системы контроля и управления доступом

Домофоны и переговорные устройства

Средства и системы оповещения, музыкальной трансляции

Источники питания

Средства пожаротушения

Взрывозащищенное оборудование

Шкафы, щиты и боксы

Сетевое оборудование

Кабели и провода

Системы диспетчерской связи и вызова персонала

Электрооборудование

Умный дом

Оборудование СКС

Инструменты

Монтажные и расходные материалы

Типовые решения

Еще

Весь каталог

Свинцово-кислотный аккумулятор — Википедия

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии. Строго говоря, аккумулятором называется один элемент аккумуляторной батареи, но в просторечии «аккумулятором» называют аккумуляторную батарею (сколько бы в ней не было элементов).

История

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля^[1]. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, предложив покрывать пластины аккумулятора свинцовым суриком. Русский изобретатель Бенардос применил покрытие губчатым свинцом для увеличения мощности батарей, которые использовал в своих работах со сваркой.

Принцип действия

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

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведенные в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита^[2].

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде^[2][3] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

P b O 2 + S O 4 2 − + 4 H + + 2 e − ⇆ P b S O 4 + 2 H 2 O {\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}

P b + S O 4 2 − − 2 e − ⇆ P b S O 4 {\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок)^[4].

Устройство

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO₂) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35%^[5], что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³^[6]. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой пленкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов^[7].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na₂Si₂O₄) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда^[8].

Электрические и эксплуатационные параметры

• Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
• Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30—40^[9].
• Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250^[10].
• ЭДС одного элемента заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В соответственно)^[2].
• Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В (на 1 элемент). Ниже разряжать их нельзя^[2].
• Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
• КПД: порядка 80—90 % (по току). КПД по энергии 70-80%^[11].

Эксплуатационные характеристики

• Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч)^[12].
• Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты^[13].
• Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008^[14].

Эксплуатация

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную не высыхающую, из-за гигроскопичности, пленку электролита происходит постепенный саморазряд аккумулятора. Во избежание глубокого саморазряда необходимо периодически нейтрализовать электролит протиранием корпуса аккумулятора, например, слабым раствором пищевой соды или разведенным в воде до консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита; также количество воды в электролите уменьшается при перезаряде аккумулятора за счёт её электролиза. Потеря воды увеличивает плотность электролита, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды могут оголиться пластины, что одновременно увеличивает саморазряд и вызывает сульфатацию батареи. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных аккумуляторов это снижение относительно мало, что и обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % отдаваемой ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор покажет примерно 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, снижением скорости химических реакций (закон Аррениуса). Единственным способом повышения отдаваемой ёмкости является подогрев холодной батареи, как вариант — встроенным подогревателем (6СТ-190ТР-Н).

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1,10 г/см³) и образования кристаллов льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора^[15]:

• при температуре от 0 °C до −10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик несущественно влияют на работоспособность аккумулятора;
• при температуре от −10 °C до −20 °C происходит снижение тока в стартерном режиме и ухудшение заряда;
• при температуре ниже −20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым», герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), для них эти вопросы ещё более актуальны^[16].

Для эксплуатации транспортных средств при очень низких температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом^[17].

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6—12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи, солей и плёнки электролита на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин, и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею. 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как плёнка электролита способна абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду. 3. Хранить аккумуляторы на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С.

В случае необходимости поездки в морозы следует перенести аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для пуска двигателя состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи^[18].

При химических реакциях в аккумуляторе образуется плохо растворимое вещество — сульфит свинца PbSO₃, осаждающийся на пластинах и который образует диэлектрический слой между электролитом и активной массой. Это один из факторов, снижающих срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

• сульфатация пластин^[2], заключающаяся в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
• коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
• слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы^[2][19];
• оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности^[2].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, в домашних условиях восстановить нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния^[2]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором пищевой соды, после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, прессованная в них рассыпчатая масса — смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.^{[источник не указан 629 дней]} Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе^[20][21].

См. также

Примечания

1. ↑ Bertrand Gille Histoire des techniques. — Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978, ISBN 978-2070108817.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8} Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
3. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
4. ↑ Как отрыть автомобильный аккумулятор: делаем батарею обслуживаемой (рус.), AkkumulyatorAvto.ru (2 августа 2017). Проверено 12 августа 2018.
5. ↑ Удельная электропроводность х водных растворов серной кислоты и температурный коэффициент аt. chemport.ru. Проверено 1 июля 2018.
6. ↑ Концентрация и плотность серной кислоты. Зависимость плотности серной кислоты от концентрации в аккумуляторе автомобиля (рус.), FB.ru. Проверено 1 июля 2018.
7. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
8. ↑ Аккумуляторы для бесперебойного питания. Статьи компании «ООО Новая система». aegmsk.ru. Проверено 12 августа 2018.
9. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
10. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
11. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
12. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых аккумуляторов
13. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы
14. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
15. ↑ Руководство, 1983, с. 70.
16. ↑ Железнодорожный транспорт. — 2011. № 12. — c.35.
17. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23.
18. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
19. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт Архивировано 20 сентября 2011 года.
20. ↑ Отравление свинцом | ProfMedik Медицинский Портал (рус.). profmedik.ru (22 февраля 2016). Проверено 4 февраля 2017.
21. ↑ Кочуров. http://echemistry.ru/assets/files/books/hit/statya-o-protivorechiyah-v-teorii-raboty-svincovogo-kislotnogo-akkumulyatora.pdf (рус.). Новости. Первоуральск.Ru (17 июля 2014). Проверено 4 февраля 2017.

Ссылки

Литература

• Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — 148 с.

AGM-аккумулятор и другие виды АКБ

07/09/2017

Рынок аккумуляторной продукции очень разнообразен как в ценовом диапазоне, так и по эксплуатационным возможностям. Наиболее распространенным видом источников постоянного питания является свинцово-кислотный аккумулятор. Он состоит из пластикового корпуса, разделенного на отсеки, которые заполняются электролитом. К таким относятся маломощные и грузовые аккумуляторы, используемые в легковых и габаритных транспортных средствах.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

АКБ этого типа могут быть как обслуживаемыми, так и необслуживаемыми. Суть действия: водный раствор серной кислоты заполняет пространство между плоскими решетчатыми свинцовыми пластинами. В ячейки решеток впрессованы порошки окиси свинца (анод) и металлического свинца (катод). Плотность электролита варьируют от 1,26 до 1,31 г/см³ в зависимости от температуры окружающей среды.

Agm-аккумулятор – разновидность батарей свинцово-кислотного типа, которые отличаются тем, что в качестве электролита используется абсорбированное сухое вещество. 

Кроме невысокой стоимости, обычный и Agm-аккумулятор отличаются высокой практичностью. При зарядке не требуется контролировать время, так как батареи не обладают эффектом памяти. Это безвредно, чего не переносят efb-аккумуляторы. Их структура более чувствительна к воздействию нагрузок. Agm-аккумулятор удобен для использования в походных условиях, на лодочных двигателях.

Характеристика других видов аккумуляторов

В качестве автомобильных батарей широко применяются никель-кадмиевые аккумуляторы. Особенностью их эксплуатации является необходимость полной периодической разрядки, что помогает избежать появления на пластинах кристаллических отложений.

Технические преимущества Ni-Cd батарей:

• быстрая и доступная зарядка;
• долговечность: при правильной эксплуатации аккумулятор способен проходить до тысячи зарядных циклов;
• готовность к нагрузкам и эксплуатации в низкотемпературном режиме;
• доступная стоимость.

К недостаткам относятся высокий показатель саморазрядки во время хранения, уязвимость перед кристаллизацией, относительно низкая энергоемкость, токсичность ингредиентов.

Аккумуляторы кальциевого типа

Кальциевый аккумулятор – батарея, электроды которой обработаны кальцием, легированы. Преимуществом такой технологии является то, что свинцовые пластины защищены от перенасыщения энергией, окисления и коррозии. За счет тонкости пластин увеличивается их количество в батарее.

Аккумуляторы кальциевого типа считаются самыми долговечными. Их рекомендуется устанавливать на автомобили и автобусы для езды по дальним маршрутам. Они виброустойчивы, стабильно выдерживают избыток зарядных нагрузок. Чтобы батарея полностью отработала свой потенциал, нельзя допускать ее полной разрядки. Один полный разряд – это потеря 50 % емкости батареи. Буквально за три-четыре глубоких разряда можно убить АКБ.

Характеристика гелевых источников питания

Гелевый аккумулятор – это разновидность свинцово-кислотного зарядного устройства с гелеобразным электролитом. Такое состояние жидкости получается за счет добавления силиконовой примеси в серную кислоту. Достоинством химического состава является то, что батарея обладает повышенным циклическим восстановительным ресурсом и меньшим процентом саморазрядки.

Перед кислотными устройствами у гелевых имеются конструкционные преимущества:

• целостный запаянный корпус, который не требует технического обслуживания;
• в случае повреждения корпуса электролит не просачивается;
• не выделяются ядовитые испарения.

Особенности батарей гибридного типа

Гибридные аккумуляторы объединяют лучшие конструкционные, функциональные и технические характеристики аккумуляторов разных типов. Они объединили минимальную саморазрядку, отсутствие необходимости профилактики и периодической дозаправки электролита. Решена проблема избыточности зарядки для тех, у кого автомобиль часто простаивает. Узнать этот тип аккумулятора можно по маркировке производителей Calcium Plus или Ca+.

В интернет-магазине Колеса Даром каждый автовладелец сможет ознакомиться с полным ассортиментом АКБ от ведущих мировых производителей, а затем и приобрести аккумулятор, который подходит по своим характеристикам. Мы работаем каждый день — позвоните, и наши консультанты проконсультируют вас по вопросам, связанным с аккумуляторными батареями всех типов.

Поделиться

Свинцово-кислотный аккумулятор — Википедия. Что такое Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии. Строго говоря, аккумулятором называется один элемент аккумуляторной батареи, но в просторечии «аккумулятором» называют аккумуляторную батарею (сколько бы в ней не было элементов).

История

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля^[1]. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, предложив покрывать пластины аккумулятора свинцовым суриком. Русский изобретатель Бенардос применил покрытие губчатым свинцом для увеличения мощности батарей, которые использовал в своих работах со сваркой.

Принцип действия

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

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведенные в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита^[2].

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде^[2][3] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

P b O 2 + S O 4 2 − + 4 H + + 2 e − ⇆ P b S O 4 + 2 H 2 O {\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}

P b + S O 4 2 − − 2 e − ⇆ P b S O 4 {\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок)^[4].

Устройство

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO₂) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35%^[5], что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³^[6]. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой пленкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов^[7].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na₂Si₂O₄) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда^[8].

Электрические и эксплуатационные параметры

• Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
• Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 30—40^[9].
• Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250^[10].
• ЭДС одного элемента заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2 В (3 или 6 секций в итоге дают стандартные 6 В или 12 В соответственно)^[2].
• Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В (на 1 элемент). Ниже разряжать их нельзя^[2].
• Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
• КПД: порядка 80—90 % (по току). КПД по энергии 70-80%^[11].

Эксплуатационные характеристики

• Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч)^[12].
• Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты^[13].
• Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008^[14].

Эксплуатация

Ареометр может быть использован для проверки плотности электролита в каждом отдельном элементе

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную не высыхающую, из-за гигроскопичности, пленку электролита происходит постепенный саморазряд аккумулятора. Во избежание глубокого саморазряда необходимо периодически нейтрализовать электролит протиранием корпуса аккумулятора, например, слабым раствором пищевой соды или разведенным в воде до консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита; также количество воды в электролите уменьшается при перезаряде аккумулятора за счёт её электролиза. Потеря воды увеличивает плотность электролита, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды могут оголиться пластины, что одновременно увеличивает саморазряд и вызывает сульфатацию батареи. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных аккумуляторов это снижение относительно мало, что и обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % отдаваемой ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор покажет примерно 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, снижением скорости химических реакций (закон Аррениуса). Единственным способом повышения отдаваемой ёмкости является подогрев холодной батареи, как вариант — встроенным подогревателем (6СТ-190ТР-Н).

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1,10 г/см³) и образования кристаллов льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора^[15]:

• при температуре от 0 °C до −10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик несущественно влияют на работоспособность аккумулятора;
• при температуре от −10 °C до −20 °C происходит снижение тока в стартерном режиме и ухудшение заряда;
• при температуре ниже −20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым», герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), для них эти вопросы ещё более актуальны^[16].

Для эксплуатации транспортных средств при очень низких температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом^[17].

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6—12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи, солей и плёнки электролита на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин, и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею. 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как плёнка электролита способна абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду. 3. Хранить аккумуляторы на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С.

В случае необходимости поездки в морозы следует перенести аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для пуска двигателя состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи^[18].

При химических реакциях в аккумуляторе образуется плохо растворимое вещество — сульфит свинца PbSO₃, осаждающийся на пластинах и который образует диэлектрический слой между электролитом и активной массой. Это один из факторов, снижающих срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

• сульфатация пластин^[2], заключающаяся в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
• коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
• слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы^[2][19];
• оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности^[2].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, в домашних условиях восстановить нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния^[2]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Вторичная переработка

Кодовый символ, указывающий на то, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Для безопасности из аккумулятора следует слить электролит, для нейтрализации его остатков банки заливаются раствором пищевой соды, после чего корпус батареи разрушают и извлекают свинцовые электроды, клеммы и перемычки банок. У электродов в переплавку годится только их каркас в виде решётки, прессованная в них рассыпчатая масса — смесь соединений Pb, а не металл. Перемычки и клеммы аккумулятора могут быть переплавлены целиком.^{[источник не указан 629 дней]} Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе^[20][21].

См. также

Примечания

1. ↑ Bertrand Gille Histoire des techniques. — Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978, ISBN 978-2070108817.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8} Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
3. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
4. ↑ Как отрыть автомобильный аккумулятор: делаем батарею обслуживаемой (рус.), AkkumulyatorAvto.ru (2 августа 2017). Проверено 12 августа 2018.
5. ↑ Удельная электропроводность х водных растворов серной кислоты и температурный коэффициент аt. chemport.ru. Проверено 1 июля 2018.
6. ↑ Концентрация и плотность серной кислоты. Зависимость плотности серной кислоты от концентрации в аккумуляторе автомобиля (рус.), FB.ru. Проверено 1 июля 2018.
7. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
8. ↑ Аккумуляторы для бесперебойного питания. Статьи компании «ООО Новая система». aegmsk.ru. Проверено 12 августа 2018.
9. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
10. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
11. ↑ Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Проверено 1 июля 2018.
12. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых аккумуляторов
13. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы
14. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
15. ↑ Руководство, 1983, с. 70.
16. ↑ Железнодорожный транспорт. — 2011. № 12. — c.35.
17. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23.
18. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
19. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт Архивировано 20 сентября 2011 года.
20. ↑ Отравление свинцом | ProfMedik Медицинский Портал (рус.). profmedik.ru (22 февраля 2016). Проверено 4 февраля 2017.
21. ↑ Кочуров. http://echemistry.ru/assets/files/books/hit/statya-o-protivorechiyah-v-teorii-raboty-svincovogo-kislotnogo-akkumulyatora.pdf (рус.). Новости. Первоуральск.Ru (17 июля 2014). Проверено 4 февраля 2017.

Ссылки

Литература

• Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — 148 с.

. Понимание типов свинцово-кислотных аккумуляторов. Часто различные химические составы свинцово-кислотных аккумуляторов смешиваются как отдельная технология. Однако большинство аккумуляторов, используемых в большинстве современных транспортных средств, являются свинцово-кислотными, включая AGM. Аккумуляторы с абсорбирующим стекломатем (AGM), а также затопленные (или влажные ячейки), гелевые и улучшенные затопленные батареи (EFB) представляют собой комплекты свинцово-кислотных технологий. Так же, как оксид лития-кобальта, оксид лития-марганца, литий-никель-марганец-оксид кобальта и литий-железо-фосфат являются подгруппами литий-ионных аккумуляторов.Каждое подмножество свинцово-кислотных аккумуляторов подразделяется на две основные группы: свинцово-кислотные с затоплением и клапанным регулированием (VRLA), которые также известны как герметичные свинцово-кислотные (SLA). Ниже мы рассмотрим различия между технологиями.

Затопленный (Мокрый Ячейка)

Техническое обслуживание: требуется техническое обслуживание
Тип: Затопленный
Жизненный цикл: 250-500 циклов
Рабочий цикл: 50% DOD
Типичное зарядное напряжение: 14,4-14,5 Вольт.

Залитые или мокрые аккумуляторы являются наиболее распространенной и экономичной свинцово-кислотной химией.Залитые батареи содержат раствор жидкого электролита (следовательно, «мокрый»), который требует обслуживания после циклов зарядки и разрядки. Большинство затопленных батарей требуют регулярного обслуживания электролита каждые 3-6 месяцев. Если залитая батарея случайно перезаряжена, в нее можно добавить дополнительные электролиты, что сделает ее более устойчивой к неправильной зарядке. Тем не менее, затопленные батареи значительно сокращают срок службы батарей, если их разряжать при глубине разряда ниже 50%.Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать контакта с аккумуляторной кислотой, и его следует устанавливать в вертикальном положении.

усовершенствованная затопленная батарея (EFB)

Техническое обслуживание: требуется техническое обслуживание
Тип: герметичная свинцово-кислотная (SLA)
Жизненный цикл: 500-1000 циклов
Рабочий цикл: 60% DOD
Типичное зарядное напряжение: 14,4–14,5 Вольт.

Enhanced Flooded Battery — экономичная батарея, используемая в микрогибридных транспортных средствах, которая разработана для того, чтобы выдерживать циклические нагрузки, возникающие при запуске и остановке транспортных средств.Батареи EFB аналогичны затопленным батареям, поскольку в них есть раствор жидкого электролита, но они рассчитаны на то, чтобы выдерживать в два раза более высокую стойкость к циклированию и примерно 16-процентное увеличение рабочего цикла. Несмотря на повышенную производительность при запуске и останове, батареи EFB заряжаются аналогично стандартным затопленным батареям и устанавливаются в вертикальном положении.

Gel Cell

Техническое обслуживание: необслуживаемое
Тип: герметичная свинцово-кислотная (SLA)
Жизненный цикл: 300-500 циклов
Рабочий цикл: 50% DOD
Типичное зарядное напряжение: 14.2-14,3 Вольт

Гелевые аккумуляторные батареи

были разработаны для создания неразливаемой версии затопленной батареи. Внутренне они похожи, за исключением того, что сурьма в свинцовых пластинах заменяется кальцием, а его электролит объединяется с коллоидным кремнеземом для получения иммобилизованного раствора. В отличие от затопленных батарей, батареи Gel Cell можно устанавливать практически в любом положении. Они имеют меньшее испарение электролита, увеличенный срок службы цикла и большую устойчивость к ударам, вибрации и кислотной стратификации.Несмотря на то, что батареи с гелевыми ячейками все еще можно найти в продаже, они имеют ограниченное применение из-за усовершенствований в батареях с абсорбирующим стеклом (AGM).

Абсорбирующий стекломат (AGM)

Обслуживание: Необслуживаемое
Тип: герметичная свинцово-кислотная (SLA)
Жизненный цикл: 400-600 циклов
Рабочий цикл: 80% DOD
Типичное зарядное напряжение: 14,7-14,8 Вольт

Абсорбирующий стеклянный коврик (AGM) представляет собой новейшую технологию непроливаемых батарей.Вместо гелеобразующего агента в батареях AGM используется стекловолоконный сепаратор, который поглощает электролит на месте. В результате аккумуляторы AGM работают лучше, чем батареи Flooded и Gel Cell, потому что они имеют низкое внутреннее сопротивление (что позволяет передавать более высокие токи), заряжаются в пять раз быстрее и циклически сокращаются до глубины разряда до 80 процентов. , Как и все герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, аккумуляторы AGM чувствительны к неправильной зарядке.

Усовершенствованный абсорбирующий стекломат (AGM +)

Обслуживание: Необслуживаемое
Тип: герметичная свинцово-кислотная (SLA)
Жизненный цикл: 800-1200 циклов
Рабочий цикл: 80% DOD
Типичное зарядное напряжение: 15.2-15,3 Вольт

Усовершенствованные аккумуляторы AGM или AGM + аналогичны традиционным аккумуляторам AGM, но имеют еще более высокую степень защиты от циклических воздействий и более низкое внутреннее сопротивление, что делает эти типы аккумуляторов идеальной батареей для микрогибридных автомобилей со старт-стопом.

,Основы аккумуляторов

— Руководство по аккумуляторам

Если вы провели какое-либо исследование о том, как работают батареи или что вы должны искать, выбирая лучшую высокопроизводительную батарею, вы, вероятно, погрязли в информации, некоторые из которых противоречивы. В BatteryStuff мы стремимся прояснить это немного.

Скорее всего, вы слышали термин KISS (Keep It Simple, Stupid). Я попытаюсь объяснить, как работают свинцово-кислотные батареи и для чего они нужны, не накапливая вас кучей ненужных технических данных.Я обнаружил, что данные об аккумуляторах будут несколько отличаться от производителя к производителю, поэтому я приложу все усилия, чтобы свести эти данные к минимуму. Это означает, что я могу немного обобщить, оставаясь верным цели.

Свинцово-кислотная батарея используется в промышленности более 100 лет. Тот же химический принцип, который используется для хранения энергии, в основном такой же, как наши прародители.

Батарея похожа на копилку. Если вы продолжите вынимать и ничего не возвращать, у вас ничего не останется.Современные требования к питанию аккумулятора шасси огромны. Рассмотрим сегодняшний автомобиль и все электрические устройства, которые должны быть снабжены энергией. Вся эта электроника требует надежного источника питания, а плохое состояние батареи может привести к выходу из строя дорогостоящего электронного компонента. Знаете ли вы, что средний автомобиль имеет 11 фунтов провода в электрической системе? Посмотрите на RVs и лодки со всеми электрическими устройствами, которые требуют питания. Это было не так давно, когда у трейлеров или домов на колесах была только одна 12-вольтовая аккумуляторная батарея.Сегодня это стандартные батареи для питания инверторов мощностью до 4000 Вт.

Среднее время автономной работы сократилось по мере увеличения потребности в энергии. Срок службы зависит от использования — обычно от 6 до 48 месяцев — однако только 30% всех батарей фактически достигают 48-месячной отметки. Вы можете продлить срок службы аккумулятора, подключив его к солнечному зарядному устройству в нерабочие месяцы.

Если вы поймете основы, у вас будет меньше проблем с батареей, и вы получите большую производительность батареи, надежность и долговечность.Я предлагаю вам прочитать весь учебник; Тем не менее, я проиндексировал всю информацию для удобства пользования.

Несколько основ

Свинцово-кислотная батарея состоит из пластин, свинца и оксида свинца (различные другие элементы используются для изменения плотности, твердости, пористости и т. Д.) С 35% -ной серной кислотой и 65% -ным водным раствором. Этот раствор называется электролитом, который вызывает химическую реакцию с образованием электронов. Когда вы тестируете аккумулятор с помощью ареометра, вы измеряете количество серной кислоты в электролите.Если ваше чтение низкое, это означает, что химии, которая делает электроны, не хватает. Так куда же ушла сера? Он опирается на пластины аккумулятора, поэтому при зарядке аккумулятора сера возвращается в электролит.

1. Безопасность
2. Типы батарей, глубокий цикл и запуск
3. Мокрый элемент, гель-элемент и мат из поглощенного стекла (AGM)
4. CCA, CA, AH и RC; о чем это все?
5. Обслуживание аккумуляторов
6. Тестирование аккумулятора
7. Выбор и покупка новой батареи
8. Срок службы батареи и производительность
9. Зарядка аккумулятора
10. аккумулятор Do’s
11. Аккумулятор не делает

1. Вы должны думать о безопасности, когда работаете с батареями. Удалить все украшения. (В конце концов, вам не захочется плавить ремешок для часов, пока вы его носите!) Водород, выделяемый батареями при зарядке, очень взрывоопасен. Мы видели несколько случаев, когда батареи взрывались и обливали все серной кислотой. Это было не весело, и было бы неплохо использовать защитные очки, висящие на стене. Черт возьми, ты можешь даже разорвать свой диско-наряд. Полиэстер не подвержен воздействию серной кислоты, но все, что с хлопком, будет съедено.Если вы не чувствуете необходимости делать модные заявления, просто надевайте нежелательную одежду — ведь полиэстер все еще не в моде.

При выполнении электромонтажных работ на транспортных средствах лучше отсоединить кабель заземления. Просто помните, что вы работаете с едкими кислотами, взрывоопасными газами и сотнями ампер электрического тока.

2. По сути, существует два типа свинцово-кислотных аккумуляторов (вместе с тремя подкатегориями). Двумя основными типами являются стартовый (коленчатый) и глубокий цикл (морской / гольф-кар).Пусковая батарея (зажигание пусковых огней SLI) предназначена для подачи быстрых всплесков энергии (например, запуска двигателей) и, следовательно, имеет большее количество пластин. Пластины тоньше и имеют несколько иной состав материала.

Что такое батарея глубокого цикла? Батарея глубокого цикла обладает меньшей мгновенной энергией, но обеспечивает более длительную доставку энергии. Аккумуляторы глубокого цикла имеют более толстые пластины и могут выдержать несколько циклов разряда. Пусковые батареи не следует использовать в приложениях с глубоким циклом, так как более тонкие пластины более склонны к деформации и образованию ям при разряде.Так называемая батарея двойного назначения — это компромисс между двумя типами батарей, хотя лучше быть более точным, если это возможно.

3. Влажная ячейка (в залитом состоянии), гелевая ячейка и поглощающая стеклянная подкладка (AGM) являются различными версиями свинцово-кислотной батареи. Влажная клетка бывает двух стилей; исправен и не требует технического обслуживания. Оба заполнены электролитом и в основном одинаковы. Я предпочитаю тот, к которому я могу добавить воду и проверить удельный вес электролита с помощью ареометра.

Аккумуляторы с гелевым аккумулятором и аккумуляторы AGM — это специальные аккумуляторы, которые, как правило, стоят в два раза дороже, чем аккумуляторы премиум-класса с мокрыми элементами. Тем не менее, они хранятся очень хорошо и не склонны к сульфатированию или разложению так же легко, как влажная клетка. Существует небольшая вероятность взрыва или коррозии газообразного водорода при использовании этих батарей; это самые безопасные свинцово-кислотные аккумуляторы, которые вы можете использовать. Гелевый элемент и некоторые аккумуляторы AGM могут потребовать специальной скорости зарядки. Если вы хотите лучший, наиболее универсальный тип, следует обратить внимание на батарею AGM для таких приложений, как морские, RV, солнечные, аудио, силовые виды спорта и резервное питание, и это лишь некоторые из них.

Если вы не используете или не эксплуатируете свое оборудование ежедневно, аккумуляторы AGM будут лучше заряжаться, чем другие типы. Если вы должны зависеть от первоклассной производительности батареи, потратить дополнительные деньги. Аккумуляторы Gel Cell все еще продаются, но AGM батареи заменяют их в большинстве приложений.

Существует некоторая распространенная путаница в отношении батарей AGM, потому что разные производители называют их разными именами. Некоторыми из наиболее распространенных названий являются «герметичные регулируемые клапаны», «сухие элементы», «неразливаемые» и «свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном».В большинстве случаев аккумуляторы AGM дадут больший срок службы и большую продолжительность цикла, чем аккумуляторы с мокрыми элементами.

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Люди часто используют термин «гелевая ячейка» в качестве общего термина при обращении к герметичным необслуживаемым батареям, так же, как при использовании Kleenex применительно к лицевой ткани. В результате, будьте осторожны при выборе зарядного устройства с гелевым аккумулятором, так как клиент много раз говорил нам, что ему необходимо зарядное устройство для аккумулятора с гелевым аккумулятором, хотя на самом деле это не гелевый аккумулятор.

AGM: Конструкция Absorbed Glass Matt позволяет суспендировать электролит в непосредственной близости от активного материала пластин. Теоретически это повышает эффективность разряда и перезарядки. Распространенные приложения производителя включают в себя запуск двигателя с высокой производительностью, силовые виды спорта, глубокий цикл, солнечную батарею и аккумулятор. Батареи большего размера AGM, которые мы продаем, обычно являются хорошими батареями глубокого цикла, и они обеспечивают наилучшие эксплуатационные характеристики, если их заряжать до того, как они опустятся ниже уровня разряда 50%.Аккумуляторы Scorpion для мотоциклов, которые мы несем, являются хорошим обновлением от ваших залитых аккумуляторов, а фирменные аккумуляторы Odyssey отлично подходят для поддержания статического заряда в течение длительного периода бездействия. Когда батареи AGM с глубоким циклом разряжаются до уровня не менее 60%, срок службы составляет более 300 циклов.

GEL: Гелевая ячейка похожа на стиль AGM, потому что электролит подвешен, но отличается, потому что технически батарея AGM все еще считается влажной ячейкой.Электролит в гелевой ячейке содержит кремнеземную добавку, которая вызывает его отверждение или застывание. Напряжение перезарядки на этом типе элемента ниже, чем у других типов свинцово-кислотных аккумуляторов. Это, вероятно, самый чувствительный элемент с точки зрения неблагоприятных реакций на зарядку от перенапряжения. Гелевые аккумуляторы лучше всего использовать в цикле ОЧЕНЬ ГЛУБОКОЙ и могут работать дольше в жарких погодных условиях. Если на гелевой батарее используется неправильное зарядное устройство, это может привести к снижению производительности и преждевременному выходу из строя.

4. CCA, CA, AH и RC . Это стандарты, которые большинство компаний-производителей батарей используют для оценки мощности и емкости батареи.

Усилители холодного пуска (CCA) — это измерение количества ампер, которые батарея может выдавать при 0 ° F в течение 30 секунд и не опускаться ниже 7,2 вольт. Таким образом, высокий уровень заряда батареи CCA особенно важен при запуске батарей и в холодную погоду. Это измерение не особенно важно для батарей с глубоким циклом, хотя это наиболее «известное» измерение батареи.

CA — это амплитуды, измеренные при 32 ° F. Этот рейтинг также называется морской коленчатые усилители (MCA) . Усилители горячего пуска (HCA) редко используются дольше, но измеряются при температуре 80 ° F.

Резервная емкость (RC) — это очень важный уровень заряда батареи. Это количество минут, в течение которых полностью заряженная батарея при 80 ° F разряжает 25 ампер, пока батарея не опустится ниже 10,5 вольт.

Ампер-час (AH) — это показатель, обычно используемый для батарей глубокого цикла.Стандартный рейтинг — это рейтинг усилителя за 20 часов. Для батареи на 100 AH это означает следующее: извлекайте батарею в течение 20 часов, и она обеспечит 100 ампер-часов. Это примерно 5 ампер в час. (5 х 20 = 100). Однако очень важно знать, что общее время разряда и приложенной нагрузки не является линейным соотношением. По мере увеличения вашей нагрузки ваша реализованная емкость уменьшается. Это означает, что если вы разряжаете ту же самую батарею на 100 Ач при нагрузке 100 А, то не обеспечит вам одного часа автономной работы.Напротив, воспринимаемая емкость батареи будет равна 64 ампер-часам.

5. Техническое обслуживание аккумуляторных батарей: Аккумуляторы, обслуживаемые надлежащим образом, важны для максимального срока службы. Рассмотрим эти моменты на регулярной основе:

• Батарея должна быть очищена с использованием пищевой соды и водного раствора; пару столовых ложек на пинту воды.
• Кабельные соединения необходимо чистить и затягивать, так как проблемы с батареями часто бывают вызваны грязными и ненадежными соединениями.
• Обслуживаемому аккумулятору необходимо проверить уровень жидкости. Используйте только минеральную воду; Дистиллированная лучше всего, так как все примеси были удалены, и не осталось ничего, что могло бы загрязнить ваши клетки.
• Не переполняйте элементы батареи, особенно в теплую погоду, потому что естественное расширение жидкости в жаркую погоду может вытолкнуть из батареи лишние электролиты.
• Во избежание коррозии кабелей на батарейках верхней стойки, используйте небольшую полоску силиконового герметика в основании стойки и наденьте на нее войлочную шайбу батареи.Смажьте шайбу высокотемпературной смазкой или вазелином (вазелином), затем наденьте кабель на стойку и затяните. Смажьте открытый конец кабеля смазкой. Газы из батареи, конденсирующиеся на металлических деталях, вызывают наибольшую коррозию.

6. Тестирование аккумулятора: Это можно сделать несколькими способами. Наиболее точным методом является измерение удельного веса и напряжения аккумулятора. Чтобы измерить удельный вес, купите компенсирующий температуру ареометр. Для измерения напряжения используйте цифровой D.C. Вольтметр. Качественный тестер нагрузки может быть хорошей покупкой, если вам нужно проверить герметичные батареи.

Для любого из этих методов сначала необходимо полностью зарядить аккумулятор, а затем удалить поверхностный заряд. Если аккумулятор работал не менее нескольких часов (я предпочитаю не менее 12 часов), вы можете начать тестирование. Чтобы удалить поверхностный заряд, аккумулятор должен быть разряжен в течение нескольких минут. Использование фар (дальнего света) сделает свое дело. Выключив свет, вы готовы проверить батарею.

Состояние заряда	Удельный вес	Напряжение
		12 В	6В
100%	1,265	12,7	6,3
75%	1,225	12,4	6.2
50%	1,190	12,2	6,1
25%	1,155	12,0	6,0
выписан	1,120	11,9	6,0

Нагрузочное тестирование — это еще один способ тестирования батареи. Нагрузочный тест удаляет усилители из батареи так же, как запуск двигателя.Тестер нагрузки можно приобрести в большинстве магазинов автозапчастей. Некоторые компании-производители батарей маркируют свою батарею нагрузкой усилителя для тестирования. Это число обычно составляет половину рейтинга CCA. Например, батарея на 500 CCA будет испытывать нагрузку при 250 А в течение 15 секунд. Нагрузочный тест можно выполнить только в том случае, если батарея находится рядом или полностью заряжена.

Результаты вашего тестирования должны быть следующими:

• Показания ареометра не должны отличаться более чем на 0,05 разницы между ячейками.
Цифровые вольтметры
• должны считываться как напряжение, как показано в этом документе.Напряжение герметичного AGM и гелевого аккумулятора (полностью заряженного) будет немного выше в диапазоне от 12,8 до 12,9. Если у вас есть показания напряжения в диапазоне 10,5 В на заряженной батарее, это обычно указывает на закороченный элемент.
• Если у вас есть влажный элемент, не требующий технического обслуживания, единственными способами проверки являются вольтметр и нагрузочный тест. Любая из необслуживаемых батарей, которые имеют встроенный ареометр (черно-зеленое окно), сообщит вам состояние 1 ячейки из 6. Вы можете получить хорошие показания от 1 ячейки, но у вас есть проблемы с другими ячейками в батарее.
• Если у вас есть сомнения по поводу тестирования батареи, позвоните производителю батареи. Многие батареи, продаваемые сегодня, имеют бесплатный номер для вызова помощи.

7. Выбор батареи: При покупке новой батареи я советую вам приобрести батарею с максимально возможной резервной емкостью или ампер-часами. Конечно, физический размер, подключение кабеля и тип терминала должны быть рассмотрены. Возможно, вы захотите использовать гелевую или абсорбированную стеклянную подкладку (AGM), а не влажную, если приложение находится в более жестких условиях, или аккумулятор не требует регулярного обслуживания и зарядки.

Убедитесь, что вы приобрели батарею правильного типа для работы, которую она должна выполнять. Помните, что батареи запуска двигателя и батареи глубокого цикла различны. Свежесть нового аккумулятора очень важна. Чем дольше батарея садится и не перезаряжается, тем более опасное образование сульфатации может быть на пластинах. У большинства батарей есть код даты изготовления. Месяц обозначается буквой с буквой «A», обозначающей январь, и цифрой «4», соответствующей 2004 году. C4 сообщает, что батарея была изготовлена ​​в марте 2004 года.Помните, чем свежее, тем лучше. Буква «I» не используется, потому что ее можно спутать с цифрой 1.

Гарантийный срок на аккумулятор рассчитан на производителей аккумуляторов. Допустим, вы покупаете 60-месячную гарантийную батарею, и она живет 41 месяц. Гарантия пропорциональна, поэтому, если брать месяцы, использованные в сравнении с полной розничной ценой батареи, вы платите примерно те же деньги, что и при покупке батареи по продажной цене. Это делает производителя счастливым.Что меня радует, так это превышение гарантии. Позвольте мне заверить вас, что это может быть сделано.

8. Срок службы аккумулятора и производительность: Средний срок службы аккумулятора сократился по мере увеличения потребностей в энергии. Чаще всего я слышу две фразы: «моя батарея не заряжается», и «моя батарея не держит заряд». Только 30% батарей, проданных сегодня, достигают 48-месячной отметки. Фактически, 80% всех отказов батарей связано с накоплением сульфатации. Такое накопление происходит, когда молекулы серы в электролите (аккумуляторная кислота) становятся настолько глубоко разряженными, что начинают покрывать свинцовые пластины аккумулятора.Вскоре пластины становятся настолько покрытыми, что батарея умирает. Причины сульфатирования многочисленны:

• Батареи сидят слишком долго между зарядками. Всего лишь 24 часа в жаркую погоду и несколько дней в прохладную погоду.
Аккумулятор
• хранится без какой-либо энергии.
• «Глубокий заезд» — аккумуляторная батарея Помните, что эти батареи не выдерживают глубокого разряда.
• Недостаточный заряд батареи только до 90% емкости позволит сульфатировать батарею, используя 10% химического состава батареи, не реактивированного неполным циклом зарядки.
• Тепло свыше 100 ° F увеличивает внутренний разряд. По мере повышения температуры увеличивается и внутренний разряд. Новый полностью заряженный аккумулятор, оставленный сидеть 24 часа в сутки при 110 ° F в течение 30 дней, скорее всего, не запустит двигатель.
• Низкий уровень электролита. Аккумуляторные пластины, подверженные воздействию воздуха, сразу же сульфатируются
• Неправильные уровни зарядки и настройки. Большинство дешевых зарядных устройств могут принести больше вреда, чем пользы. Смотрите раздел о зарядке аккумулятора.
• Холодная погода также плохо влияет на батарею.Химия не производит столько же энергии, сколько теплая батарея. Глубоко разряженная батарея может замерзнуть при отрицательной погоде.
• Паразитный сток — это нагрузка на аккумулятор при выключенном ключе. Больше информации, чтобы следовать на паразитической канализации.

Существуют способы значительно увеличить срок службы аккумулятора и производительность. Все продукты, которые мы продаем, нацелены на повышение производительности и срока службы батареи.

Пример. Допустим, у вас есть «игрушки», такие как , квадроцикл, классический автомобиль, старинный автомобиль, лодка, Harley и т. Д. Вы, скорее всего, не используете эти игрушки 365 дней в году, как вы делаете свою машину. Многие из этих игрушек являются сезонными, поэтому они хранятся. Что происходит с батареями? Большинство батарей, которые снабжают энергией наши игрушки, работают только 2 сезона. Вы должны держать эти батареи от сульфатирования или покупать новые. Мы продаем продукты для предотвращения и предотвращения накопления серы на батареях. Продукты PulseTech являются запатентованными электронными устройствами, которые обращают вспять и предотвращают сульфатирование. Также Battery Equalizer, химическая добавка к батарее, зарекомендовала себя как очень эффективная в улучшении срока службы батареи и производительности.Другие устройства, такие как солнечные зарядные устройства, являются отличным вариантом для обслуживания батареи.

Паразитный сток У большинства автомобилей есть часы, компьютеры управления двигателем, системы сигнализации и т. Д. В случае лодки у вас может быть автоматический трюмный насос, радио, GPS и т. Д. Все эти устройства могут работать без работающего двигателя. , У вас могут быть паразитные нагрузки, вызванные коротким замыканием в электрической системе. Если у вас всегда возникают проблемы с разряженной батареей, скорее всего, чрезмерное количество паразитов истощается.Постоянный низкий или разряженный аккумулятор, вызванный чрезмерным расходом паразитной энергии, значительно сократит срок службы аккумулятора. Если это ваша проблема, проверьте PriorityStart! батареи переключаются, чтобы предотвратить разрядку батарей до того, как они произойдут. Этот специальный компьютерный выключатель отключит батарею для запуска двигателя до того, как вся энергия запуска истощится. Эта технология предотвратит глубокое зацикливание вашей стартовой батареи.

9. Зарядка аккумулятора:

Помните, что для правильного обслуживания батареи вы должны немедленно вернуть использованную энергию.Если вы этого не сделаете, батарея сульфатируется, что повлияет на производительность и долговечность. Генератор является зарядным устройством. Это работает хорошо, если батарея не глубоко разряжена. Генератор переменного тока имеет тенденцию перезаряжать батареи, которые очень низки, и перезарядка может повредить батареи. Фактически, в среднем при запуске двигателя аккумуляторная батарея имеет всего около 10 глубоких циклов при перезарядке от генератора. Аккумуляторы любят заряжаться определенным образом, особенно когда они глубоко разряжены. Этот тип зарядки называется 3-ступенчатой ​​регулируемой зарядкой.Обратите внимание, что только специальные интеллектуальные зарядные устройства, использующие компьютерные технологии, могут выполнять 3-ступенчатую зарядку. Вы не найдете такие типы зарядных устройств в магазинах запчастей или больших магазинах.

1. Первым шагом является массовая зарядка , когда до 80% емкости аккумулятора заменяется зарядным устройством при максимальном напряжении и номинальном токе усилителя зарядного устройства.
2. Когда напряжение батареи достигает 14,4 вольт, начинается шаг , поглощающий заряд .Здесь напряжение поддерживается на уровне 14,4 В, а ток (в амперах) снижается до тех пор, пока батарея не зарядится на 98%.
3. Далее следует шаг Float . Это регулируемое напряжение не более 13,4 В и обычно менее 1 А тока. Это вовремя приведет батарею к 100% -ному заряду или близко к нему. Плавучий заряд не будет кипеть или нагревать батареи, но он будет поддерживать батареи на 100% готовности и предотвращать циклическую работу в течение длительного времени бездействия.Примечание. Для некоторых гелевых батарей и батарей AGM могут потребоваться специальные настройки или зарядные устройства.

10. Батарея Dos

• Думай о безопасности прежде всего.
• Прочитайте весь учебник.
• Проводить регулярные проверки и техобслуживание, особенно в жаркую погоду.
• Заряжайте батареи сразу же после разряда.
• Купите максимальную резервную емкость RC или батарею AH в час, соответствующую вашей конфигурации.

11. Аккумуляторные батареи

• Не забывай сначала о безопасности.
• Не добавляйте новый электролит (кислота).
• Не используйте нерегулируемые зарядные устройства с высокой выходной мощностью для зарядки аккумуляторов.
• Не кладите свое оборудование и игрушки на хранение без каких-либо устройств, чтобы держать аккумулятор заряженным.
• Не отсоединяйте кабели аккумулятора при работающем двигателе (аккумулятор работает как фильтр).
• Не откладывайте перезарядку батарей.
• Не добавляйте водопроводную воду, так как она может содержать минералы, которые загрязняют электролит.
• Не разряжайте батарею глубже, чем нужно.
• Не позволяйте батарее нагреваться на ощупь и сильно кипеть во время зарядки.
• Не смешивайте размер и типы батарей.

Несмотря на то, что подробно рассмотрены типы батарей и способы их обслуживания, всегда есть чему поучиться.Ознакомьтесь с этим дополнительным учебным пособием по питанию и узнайте больше об основах работы с батареями.

Выберите аккумулятор

Была ли эта информация полезной? Зарегистрируйтесь, чтобы получать обновления и предложения.

О батареях> Что такое свинцовый аккумулятор?

Начальный процесс начинается с изготовления решеток из сплава свинца, смешанного с небольшим процентом других металлов. Сетки проводят ток и обеспечивают структуру для прикрепления активного материала.

Затем пастообразная смесь оксида свинца — который представляет собой порошкообразный свинец и другие материалы — серную кислоту и воду наносят на сетки. Материал экспандера, изготовленный из порошкообразных сульфатов, добавляют к пасте для получения отрицательных пластин.

Оттуда наклеенную пластину нужно вылечить. Отверждение обычно происходит в контролируемой среде с высокой температурой и высокой влажностью в течение двух-четырех дней подряд. Во время этого процесса происходит рост кристаллизации, который связывает пасту с сетками. После отверждения пластины необходимо полностью остудить и высушить.

Как только пластины будут готовы, их нужно будет альтернативно сложить с куском разделителя между ними. Сепараторы представляют собой листы из пористого материала, которые предотвращают короткие замыкания, но при этом пропускают электрический ток между пластинами.После надлежащего объединения все позитивы соединяются вместе, и по отдельности все негативы соединяются вместе. Эта комбинация позитивов, негативов и разделителей в совокупности называется элементом. Затем элементы правильно ориентируются, вставляются в корпус батареи и свариваются вместе. Элементы обычно располагаются последовательно, чтобы элемент на два вольт достигал шести, 12 или любого другого предполагаемого напряжения конечной батареи.

Затем на верхнюю часть корпуса закрывается крышка, которая содержит соединенные элементы, а клеммные колодки формируются снаружи, создавая герметичное уплотнение.

Поскольку конструкция батареи завершена, она может быть заполнена серной кислотой или электролитом и помещена в пластовый заряд. Во время пластового заряда батарея подключается к электрическому источнику и заряжается в течение многих часов. Наконец, как только батарея полностью сформирована, она подвергнется различным проверкам качества и будет очищена и маркирована, прежде чем прибывать в место для продажи.

,

Преимущества и ограничения различных типов батарей

Мы часто озадачиваемся объявлениями о новых батареях, которые, как говорят, предлагают очень высокую плотность энергии, обеспечивают 1000 циклов зарядки / разрядки и тонкие как бумага. Они настоящие? Возможно — но не в одной и той же батарее. В то время как один тип батареи может быть рассчитан на небольшой размер и длительное время работы, этот блок не будет работать долго и преждевременно изнашивается. Другая батарея может быть построена для долгой жизни, но размер большой и громоздкий.Третья батарея может обеспечить все желаемые атрибуты, но цена будет слишком высокой для коммерческого использования.

Производители аккумуляторов хорошо осведомлены о потребностях клиентов и в ответ предложили пакеты, которые лучше всего подходят для конкретных применений. Индустрия мобильных телефонов является примером умной адаптации. Акцент сделан на небольшой размер, высокую плотность энергии и низкую цену. Долголетие идет вторым.

Надпись NiMH на батарейном блоке не гарантирует автоматически высокую плотность энергии.Например, призматическая никель-металлогидридная батарея для мобильного телефона создана для тонкой геометрии. Такая упаковка обеспечивает плотность энергии около 60 Втч / кг, а количество циклов составляет около 300. Для сравнения, цилиндрический NiMH обеспечивает плотность энергии 80 Вт / ч и более. Тем не менее, количество циклов этой батареи от среднего до низкого. Никель-металлогидридные батареи высокой прочности, которые выдерживают 1000 разрядов, обычно упаковываются в громоздкие цилиндрические элементы. Плотность энергии этих ячеек составляет скромные 70 Втч / кг.

Компромиссы также существуют на литиевых батареях.Литий-ионные пакеты производятся для оборонных применений, которые намного превышают плотность энергии коммерческого эквивалента. К сожалению, эти литий-ионные аккумуляторы сверхвысокой емкости считаются небезопасными в руках населения, а высокая цена делает их недоступными для коммерческого рынка.

В этой статье мы рассмотрим преимущества и ограничения коммерческого аккумулятора. Исключается так называемая чудо-батарея, которая просто живет в контролируемой среде. Мы тщательно изучаем аккумуляторы не только с точки зрения плотности энергии, но и долговечности, характеристик нагрузки, требований к техническому обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов.Поскольку NiCd остается стандартом, с которым сравниваются другие батареи, мы оцениваем альтернативные химические препараты по сравнению с этим классическим типом батарей.

Никель-кадмиевый (NiCd) — зрелый и хорошо изученный, но с относительно низкой удельной энергией. NiCd используется там, где важны длительный срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области применения: двусторонняя радиосвязь, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит токсичные металлы и не наносит вреда окружающей среде.

никель-металлогидрид (NiMH) — имеет более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd за счет сокращения срока службы цикла. NiMH не содержит токсичных металлов. Приложения включают в себя мобильные телефоны и ноутбуки.

Lead Acid — наиболее экономичен для применения в больших мощностях, где вес не имеет значения. Свинцово-кислотная батарея является предпочтительным выбором для больничного оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем ИБП.

Lithium Ion (Li ‑ ion) — самая быстроразвивающаяся система батарей.Литий-ион используется там, где плотность энергии и легкий вес имеют первостепенное значение. Технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется цепь защиты. Приложения включают в себя ноутбуки и сотовые телефоны.

Литий-ионный полимер (литий-ионный полимер) — предлагает атрибуты литий-иона в ультратонкой геометрии и упрощенной упаковке. Основными приложениями являются мобильные телефоны.

На рисунке 1 сравниваются характеристики шести наиболее часто используемых систем аккумуляторных батарей с точки зрения плотности энергии, продолжительности цикла, требований к упражнениям и стоимости.Цифры основаны на средних рейтингах коммерчески доступных батарей на момент публикации.

	NiCd	NiMH	свинцово-кислотных	Li-ion	литий-ионный полимер	Многоразовый Щелочной
Гравиметрическая плотность энергии (Вт / кг)	45-80	60-120	30-50	110-160	100-130	80 (начальный)
Внутреннее сопротивление (включая периферийные цепи) в мОм	От 100 до 200

.