Почему аккумуляторы становятся объектом спроса по всей стране?

Типы аккумуляторов:

Мы рассмотрим четыре основных типа аккумуляторов: свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые и никель-железные.

Свинцово — кислотные аккумуляторы

Свинцово — кислотная батарея — одна из самых старых АКБ (аккумуляторных батарей), широко используемая в источниках бесперебойного питания (ИБП) и автомобильной промышленности.

Принцип работы

Она состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в сернокислый электролит. Во время зарядки электрическая энергия преобразуется в химическую, поскольку диоксид свинца на положительной пластине и губчатый свинец на отрицательной пластине вступают в реакцию с электролитом. И наоборот, при разрядке химическая энергия вновь преобразуется в электрическую.

Преимущества и недостатки

Свинцово — кислотные аккумуляторы известны своей высокой энергетической плотностью, длительным сроком службы и относительно низкой стоимостью.

Однако к их недостаткам можно отнести громоздкость, низкую удельную энергию, низкую устойчивость к глубокому разряду и необходимость обслуживания (например, долива электролита).

Литий-ионные аккумуляторы

Литий — ионные аккумуляторы быстро завоевали популярность благодаря высокой плотности энергии, низкой скорости саморазряда и отсутствию эффекта памяти. Они широко используются в портативных электронных устройствах, электромобилях и системах хранения возобновляемой энергии.

Принцип работы

Литий — ионные аккумуляторы имеют различный химический состав, но чаще всего в качестве материала катода используется оксид кобальта лития (LiCoO2) или фосфат железа лития (LiFePO4). Они вырабатывают электроэнергию за счет перемещения ионов лития между катодом и анодом во время циклов заряда и разряда.

Преимущества и недостатки

По сравнению со свинцово — кислотными батареями литий — ионные аккумуляторы отличаются легкостью конструкции, более быстрым временем зарядки и повышенной долговечностью. Однако они дороже, требуют тщательного соблюдения температурного режима и могут представлять опасность при неправильном обращении или повреждении.

Никель — кадмиевые аккумуляторы

Никель — кадмиевые (NiCd) батареи когда-то были самыми популярными аккумуляторами благодаря высокой скорости разряда, отличному ресурсу цикла и устойчивости к экстремальным температурам. Однако их использование сократилось из-за экологических проблем, поскольку они содержат токсичный кадмий. NiCd — аккумуляторы состоят из гидроксида никеля в качестве положительного электрода и кадмия в качестве отрицательного электрода с электролитом на основе гидроксида калия.

Никель — кадмиевые батареи

Принцип работы

При разряженном аккумуляторе, оксид никеля становиться гидроксидом никеля, а кадмий, гидроксидом кадмия. Данный процесс сопровождается выделением электроэнергии, которая используется для питания различных устройств.

Преимущества и недостатки

Они имеют относительно более высокую плотность энергии, чем свинцово — кислотные аккумуляторы, и способны выдерживать большие токи разряда и заряда. Тем не менее, никель — кадмиевые аккумуляторы страдают от эффекта памяти, имеют меньшую плотность энергии, чем литий — ионные, и требуют периодической разрядки для предотвращения потери емкости.

Никель-железные аккумуляторы

Никель — железные (NiFe) аккумуляторы, известные также как «аккумуляторы Эдисона«, известны своей надежностью и длительным сроком службы. Впервые они были разработаны Томасом Эдисоном в начале XX века. В этих аккумуляторах в качестве положительного электрода используется оксид-гидроксид никеля(III), в качестве отрицательного — железо, а в качестве электролита — гидроксид калия.

Никель — железные аккумуляторы

Преимущества и недостатки

Никель — фосфорные аккумуляторы отличаются высокой долговечностью, устойчивостью к перезарядке, разрядке и механическим воздействиям. Они могут служить несколько десятилетий и менее подвержены деградации по сравнению с другими типами аккумуляторов. Однако они имеют меньшую плотность энергии, меньший КПД, значительно тяжелее и габаритнее.

О вреде глубокого разряда

Наверное, каждый водитель наслышан о том, что тот или иной тип автомобильной батареи рассчитан на определённое количество циклов заряда-разряда. Разумеется, это чисто теоретические значение – на практике их могут корректировать в ту или иную сторону целый ряд разноплановых факторов.

Давайте освежим в памяти принцип функционирования классического кислотного аккумулятора. Мы знаем, что номинальное значение плотности электролита – 1,27 г/см3. Эта цифра на самом деле указывает о том, каково соотношение воды и серной кислоты в электролите, в процессе эксплуатации оно может изменяться в ту или иную сторону (чаще – уменьшается).

Когда аккумулятор используется как источник электроэнергии, то есть находится под нагрузкой, серная кислота оседает на электродах (пластинах) АКБ и реагирует с металлом, образуя соли. А поскольку плотность кислоты намного выше, чем у воды, изменение соотношения этих двух компонентов электролита приводит к уменьшению его плотности. При зарядке (как от генератора, так и ЗУ) происходит обратный процесс – соль распадается на кислоту и свинец (диоксид свинца), а концентрация дистиллированной воды, наоборот, понижается, и плотность электролитической жидкости по теории должна вернуться к исходному значению. На практике некоторое количество солей со временем начинает накапливаться на пластинах, не участвуя в химических реакциях, в результате ёмкость аккумулятора со временем начинает уменьшаться. Если не допускать глубоких разрядов и вообще стараться соблюдать правила эксплуатации батарей, то даже кислотные АКБ прослужат вам 3-4 года, а то и больше.

Но стоит батарее разрядиться сильнее обычного – и объём осевших на положительных электродах солей начинает возрастать, а плотность падать. В конце концов, она достигнет порогового значения, при котором запуск двигателя становится проблематичным или невозможным.

Вы спросите, в чём проблема? Ну, разрядился АКБ почти в ноль, но поставим его на подзарядку, и через пару часов можно снова отправляться в путь!

Увы, но не всё так просто. Дело в том, что, когда соли становится на пластинах слишком много, при зарядке аккумулятора обратной химической реакции могут подвергаться не 100% кристаллов, а немногим меньше – часть солей так и остаётся на пластине. При обычном, некритичном разряде батареи такого не происходит. А если часть площади электрода не покрыта металлом, то соответствующим образом уменьшается и его ёмкость, то есть способность к восстановлению заряда.

Из практики известно, что один глубокий разряд аккумулятора приводит к потере ёмкости в пределах 2-4%. Это много. 8-10 таких ситуаций – и ёмкость безвозвратно упадёт на 30%, и этого будет достаточно, чтобы батарея была бессильна в попытках прокрутить коленвал мотора.

Вот вам и ответ на вопрос, почему так опасен глубокий разряд автомобильного аккумулятора и сколько раз можно допускать такую ситуацию без серьёзных последствий для батареи.

Что делать, чтобы АКБ полностью не садилась? Ответы можно взять из других статей, мы же сосредоточимся на том, можно ли реанимировать аккумулятор, если неприятность уже произошла. Но об этом – чуть позже.

Почему ГР вреден для аккумулятора

Резюмируя вышесказанное, опишем вред глубокого разряда как можно проще и лаконичнее: в подобных ситуациях слой осевшей соли свинца на электродах оказывается таким толстым, что десульфатация в таких же объёмах оказывается невозможной. Полезная площадь пластин уменьшается, процесс заряда будет протекать не полностью, уменьшая время работы АКБ и увеличивая риск возникновения повторного глубокого разряда. В конце концов, после очередного такого повторения АКБ окажется не подлежащей восстановлению.

Производители утверждают, что теоретический предел для свинцовых АКБ – от 15 до 20 циклов, но на практике достаточно и 10 глубоких разрядов, чтобы зимой такой аккумулятор оказался бесполезным.

Как правильно разрядить АКБ?

Нет, тот способ разрядки, который первый приходит в голову, тут не сгодится. Оставленные на ночь фары разрядят аккумулятор, но совсем не так, как нам нужно. Данному процессу необходим строгий контроль, ведь существуют конкретные показатели напряжения, до которых можно разряжать автомобильные аккумуляторы, о них мы поговорим немного позже. А сейчас расскажем, с чего следует начинать, если Вы решили самостоятельно произвести профилактическую разрядку аккумуляторной батареи своего автомобиля. Для этого существуют несколько способов.

Разряжаем АКБ с помощью заводского устройства зарядки

В идеале, процесс должен проводиться заводской мультифункциональной зарядкой. Это проще всего, так как происходит без Вашего постоянного контроля, и устройство самостоятельно прекратит процесс, дойдя до нужного порога. Хорошо, если данное устройство имеется, но если его нет, рассмотрим и другие, более доступные способы.

Разрядка без снятия АКБ

Чтобы специально снизить заряд АКБ, не обязательно снимать устройство с автомобиля. Его можно оставить в подключённом состоянии под капотом машины.

На некоторых автомобилях на приборной панели имеется вольтметр. Если его нет, не страшно. Устройство достаточно подключить к батарее, соблюдая полярность.

Простой, но эффективный и сравнительно быстрый способ. Для этого нужно:

• убедиться в наличии вольтметра при приборной панели, либо подготовить отдельный измерительный прибор;
• заглушить двигатель;
• подключить вольтметр;
• включить энергопотребители, работающие от аккумуляторной батареи;
• по измерительному прибору следить за падением показателей;
• при достижении отметки ниже 10,9 В прекратить разряд.

Чем больше потребителей будет одновременно работать, тем быстрее удастся достичь нужной степени разряда. Поэтому включать можно фары, обогреватели стекла и сидений, печку в салоне и пр.

Разряжаем АКБ подручными средствами

Если вольтметр на панели приборов отсутствует, в этом случае батарею придется снять. Для нагрузки в данном случае используем автомобильную лампочку на 60 ватт или реостат с током в 5А. Если вы будете использовать автомобильные лампочки, помните о том, что в процессе они могут сильно нагреваться, поэтому класть их на пол или стол опасно, иначе что-нибудь может пострадать.

Итак, для начала нам нужно замерить начальное напряжение на клеммах и немного подождать. Нескольких часов будет достаточно, после чего нужно повторить измерение. Нам нужно, чтобы напряжение упало до показателя в 11В. Как только этот момент наступит, для наблюдения за процессом будет необходимо личное присутствие, так как замеры нужно будет производить уже каждые 15 минут. Нужно дождаться, пока показатели будут в интервале от 10.5В до 10.9В.

До скольки вольт можно разряжать АКБ

Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор выдает на клеммах 12,6 вольт. При разряде происходят электрохимические реакции, результатом которых является выпадение кристаллов сульфата свинца. Это вещество не растворяется в воде и почти не растворяется в электролите.

Налет сульфата свинца на пластинах.

В обычной ситуации при зарядке батареи происходят обратные реакции, и сульфат полностью растворяется (на самом деле, не всегда полностью). Если допустить разряд ниже 1,75 вольт на элемент (10,5 вольт для 12-вольтовой батареи), то при пополнении запаса энергии полной компенсации не произойдет, и часть сульфата останется виде налета на пластинах, «маскируя» часть полезной площади. Емкость АКБ при этом снижается. Поэтому напряжение в 10,5 вольт принято за нижний лимит разряда батареи, ниже которого разряжать АКБ нельзя.

Недостатки аккумуляторных батареек

Не смотря на свои многочисленные преимущества, аккумуляторные батарейки также имеют свои недостатки. Рассмотрим основные из них:

Несмотря на недостатки, аккумуляторные батарейки остаются востребованными решениями во многих областях, благодаря своим преимуществам и возможности повторного использования.

Ограниченная емкость

Ограниченная емкость аккумуляторных батареек означает, что пользователи должны регулярно их заряжать или заменять на новые. Это может быть неудобно в случаях, когда доступ к электричеству ограничен или отсутствует. Кроме того, постоянное зарядное устройство или замена батарейки может потребовать дополнительных затрат.

Ограниченная емкость также означает, что аккумуляторные батарейки могут быстро разряжаться при использовании энергоемких приложений или функций устройства. Например, при игре в игру на смартфоне или просмотре видео аккумулятор может разрядиться всего за несколько часов.

Хотя производители постоянно работают над повышением емкости аккумуляторных батареек, ограничение в этом вопросе сохраняется. Это связано с особенностями химических процессов, происходящих внутри батареи, а также с ограниченными возможностями материалов, используемых для изготовления батарейных элементов.

Высокая стоимость

Высокая стоимость аккумуляторных батарей обусловлена тем, что процесс их производства требует использования сложных технологий и дорогостоящих материалов. Кроме того, аккумуляторы часто создаются с использованием экологически чувствительных материалов и специфических химических соединений, что также повышает их стоимость.

В то же время стоит отметить, что в долгосрочной перспективе использование аккумуляторных батарей может привести к экономии денежных средств. В отличие от одноразовых батареек, аккумуляторы можно использовать многократно, после чего их достаточно просто перезарядить. При длительном использовании аккумуляторных батарей затраты на их приобретение могут стать более оправданными, поскольку не придется постоянно покупать новые батарейки.

Неуниверсальность

Например, никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd) не рекомендуется использовать в высокоточных приборах, так как они могут иметь эффект памяти, который снижает емкость батареи при повторной зарядке до полного разряда. Кроме того, такие батарейки имеют высокий саморазряд, что означает, что они теряют энергию даже без использования.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion), в свою очередь, обладают большей емкостью и меньшим саморазрядом, но они требуют специального контроллера заряда и обеспечения определенного напряжения, что делает их менее универсальными для использования в разных устройствах.

Кроме того, разные аккумуляторы имеют различные формы и размеры, а также разные способы подключения к устройству, что может означать, что человеку может потребоваться несколько разных типов аккумуляторов для разных устройств.

Таким образом, несмотря на преимущества аккумуляторных батарей, их неуниверсальность является одним из главных недостатков, который может ограничить их использование в некоторых устройствах и сферах применения.

Заряд LiPo-аккумуляторов[править]

Внимание!

• Напряжение заряда каждой банки должно быть не более 4,2В (при перезаряде 4,5В и более — возможен взрыв), исключением являются LiHV-аккумуляторы.
• Ток заряда не более указанного в характеристиках конкретного аккумулятора, большинство современных батарей могут заряжаться током до 3C без каких-либо последствий. Но лучше всего заряжать с током ≤1С, это гарантированно продлит срок службы аккумулятора.
• Обычно зарядное устройство быстро «заливает» в аккумулятор около 90% емкости, а затем дозаряжает каждую банку с балансировкой. Более заряженные и подошедшие к пределу отключаются и заряд идёт на оставшиеся банки.
• LiPo-аккумулятор не имеет эффекта памяти (не нужно доразряжать перед новой зарядкой).
• Рекомендуется заряжать аккумуляторы до напряжения на 0.05 В (на банку) меньше максимально допустимого, то есть до 4.15 В, что значительно продлевает срок службы аккумулятора.

Fast Chargeправить

Для заряда аккумуляторов в поле стоит поискать аккумуляторы с возможностью ускоренной зарядки, на них пишут Fast charge 2С или 5С.

Температура при зарядеправить

Температура — важный параметр при заряде аккумуляторов.

• Нельзя сразу заряжать батареи, которые хранились при низкой температуре (например — в холодильнике, или на морозе на полетушках/покатушках), и ещё не успели нагреться. Это может повлечь за собой риск взрыва этих батарей. Обязательно убедитесь, что батарея нагрелась до комнатной температуры!
• Следует контролировать температуру аккумулятора во время зарядки. При зарядном токе 1С батарея не должна греться. При токе 3С батарея может быть слегка тёплой. Интенсивный нагрев говорит о том, что в процессе зарядки что-то идёт не так, следует немедленно отключить аккумулятор от зарядного устройства! Некоторые зарядные устройства оснащены или имеют возможность подключения датчика температуры.
• После силового разряда в полёте модели батареи обычно ощутимо нагреваются. Следует дать им немного остыть перед последующим зарядом.
• В общем случае температура LiPo-аккумулятора не должна превышать +60°С.

Мненияправить

Нет смысла заряжать батареи током более 3..5С, так как при высоких токах заряда батарея за счёт внутреннего сопротивления имеет более низкое напряжение завершения заряда, и, как следствие, более низкую полезную ёмкость. По практическому опыту, оптимальные токи заряда для батарей с FOM = 0,5 и выше — лежат в диапазоне 3..5С, что обеспечивает достаточно короткое время заряда и приемлемое полётное время. Более высокие токи заряда (хорошие батареи вполне можно без ущерба заряжать токами до 10С) приводят к сокращению времени заряда, но за счёт более низкой полезной ёмкости. — Mark Forsyth

Обозначения литий-полимерных источников питания[править]

mAhSC1P

• 2200 mAh — ёмкость аккумулятора в мили-Ампер-часах
• 3S1P (3 sequential 1 parallel) — три последовательно соединенные ячейки по одному LiPo-элементу в каждой ячейке
• 20C (C = сapacity) — максимальный разрядный ток может превышать ёмкость аккумулятора в 20 раз умноженную на час (ток 1C заряжает/разряжает аккумулятор ровно за час — условно)

Что такое mAhправить

В этих единицах указывается ёмкость аккумулятора — в данном случае 2200 мА·ч. Чем больше ёмкость, тем дольше аккумулятор сможет поддерживать нужный ток и напряжение для работы нагрузки. Также от ёмкости прямо пропорционально зависит максимальный ток разряда и заряда. Подробнее см. в статье Ёмкость аккумуляторов.

Что такое Sправить

Число возле буквы S означает количество «банок» в батарее. Буква S — это сокращение от serial или sequential — последовательное соединение элементов.

Li-Po-аккумуляторы состоят из одной или нескольких элементов («банок»). Каждая банка имеет номинальное напряжение 3,7В и максимальное (до которого заряжается) — 4,2В.

То есть аккумулятор 3S — три банки, три элемента питания соединенных последовательно (плюс одной банки с минусом другой) с общим номинальным напряжением 11,1В и максимальным 12,6В.

LiHV-аккумуляторы имеют повышенные номинальные и максимальные напряжения.

Что такое Pправить

Буква P это сокращение от parallel — параллельное соединение элементов.

«1P» — это обозначение количества элементов соединенных параллельно, в данном случае — один. Чаще всего используют только одинарные сборки, поэтому 1P в обозначении не указывают.

Но если, к примеру, взять 2 одинаковых аккумулятора «2200 2S1P», соединить их силовые провода параллельно (плюс с плюсом, а минус с минусом), то получится удвоение ёмкости, а обозначается такая сборка батарей «4400 2S2P», и практически она будет идентична в эксплуатации «4400 2S1P».

В запечатанных сборках, для соблюдения балансировки при заряде, банки в начале параллелят и уже потом соединяют последовательно. Если соединять 2 аккумулятора через силовые провода, то желательно так же соединить и их балансировочные разъёмы.

Что такое Справить

Важной характеристикой LiPo-аккумуляторов является максимальный разрядный ток (токоотдача), то есть способность обеспечивать в нагрузочной цепи некий максимальный разрядный ток. Токоотдача измеряется в единицах С, и вычисляется как отношение допустимого разрядного тока к эквивалентной ёмкости аккумулятора (заряду в ампер-часах).. Например, если на аккумуляторе указана ёмкость 2200mAh и максимальный разрядный ток 20С, то это значит что аккумулятор может обеспечивать ток не выше 2200 * 20 = 44000 mA = 44 A, что нужно учитывать при подключении нагрузки к нему.

Например, если на аккумуляторе указана ёмкость 2200mAh и максимальный разрядный ток 20С, то это значит что аккумулятор может обеспечивать ток не выше 2200 * 20 = 44000 mA = 44 A, что нужно учитывать при подключении нагрузки к нему.

Также можно описать эту величину как максимальную скорость разряда в обратных единицах. То есть 20С — это значит, что аккумулятор может быть безопасно разряжен (при максимальном токе) минимум за 1/20 часа, то есть за 3 минуты.

Отдельно в характеристиках аккумулятора фигурирует максимальный зарядный ток, определяемый в тех же единицах C. Всё вышесказанное справедливо и для зарядного тока.

При превышении максимального тока разряда (когда нагрузка требует ток, больший чем может обеспечить аккумулятор) или заряда — неминуемо следует перегрев аккумулятора, при котором внутри него происходят необратимые химические реакции. Как следствие — аккумулятор вздувается, теряет ёмкость. Также может последовать воспламенение или даже взрыв аккумулятора. Некоторые производители указывают пиковую токоотдачу (обычно в 2 раза больше номинальной), которая допустима при разряде аккумулятора кратковременно, обычно до 10 секунд.

Если максимальная токоотдача аккумулятора значительно превышает требуемый ток нагрузочной цепи, то в этом нет ничего страшного, т.к. реальный ток определяется прежде всего нагрузкой, а не способностью аккумулятора. Минусом такого подключения могут быть лишь неоправданно большие размеры и масса аккумулятора.

Следует всегда скептически относиться к заявленному значению токоотдачи C. Наклейки с указанием параметров аккумулятора далеко не всегда соответствуют реальным и могут значительно отличаться от них. Если аккумулятор выделяется меньшими размерами или весом на фоне других с такими же электрическими характеристиками — это повод для скепсиса. Более точное значение С — можно узнать, удалив термоусадочный корпус с аккумулятора и прочтя технические надписи на банках — им можно доверять больше.

См. также:

Заключение

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

https://www.youtube.com/watch?v=bPmPqHtMSskVideo can’t be loaded because JavaScript is disabled: Основные параметры автомобильных аккумуляторов (https://www.youtube.com/watch?v=bPmPqHtMSsk)