Параметры аккумулятора: Основные характеристики автомобильных аккумуляторов АКБ

Основные характеристики автомобильных аккумуляторов АКБ

Мы заметили что у Вас выключен JavaScript.

Необходимо включить его для корректной работы сайта.

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

Типовой автомобильный аккумулятор. Характеристики и принцип работы

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

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

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

 
Автомобильные аккумуляторы. Технические характеристики

 
Основные характеристики аккумуляторов – это номинальная емкость и пусковой ток.

 

  • Номинальная емкость (А·ч) 


Это количество вырабатываемого батареей электричества до установленного конечного напряжения, или количество энергии, которую аккумулятор вырабатывает за определенное время. При недостатке емкости батареи, вы не сможете запустить двигатель в холодную погоду и обеспечить электроприборы автомобиля электроэнергией.

 

Производители авто обычно указывают минимальную требуемую емкость аккумулятора с учетом мощности автомобиля и климатических особенностей эксплуатации (40-60 А·ч – для малолитражек в умеренном/холодном климате, до 80-100 А·ч – для бензиновых/дизельных автомобилей в любом климате, более 100 А·ч – для коммерческого транспорта, большегрузной и специальной техники). Чем холоднее в вашем регионе, тем большую емкость аккумулятора следует выбирать.

 

  • Разрядный ток (А) 


Пусковой ток (стартерный ток, ток холодного запуска) – это максимальное значение силы тока для запуска холодного двигателя от стартера. В теплое время года стартер должен преодолеть давление сжатия на цилиндрах вала маховика в 12-13 атмосфер, а в зимнее время – дополнительное противодействие загустевающего масла.

 

Номинальная емкость АКБ напрямую связана с пусковым током: чем она больше, тем больший электрический заряд может выдать батарея для одномоментного запуска холодного движка. Например, при внешней температуре – 18С необходима емкость батареи в 40 А·ч с пусковым током не менее 255 А (малолитражки на 1-2 литра). Для двигателей на 2-3.5 литра требуется пусковой ток не менее 300 А. То есть, чем пусковой ток выше, тем выше емкость батареи, и тем дольше стартер сможет прокручивать вал двигателя при его холодном запуске.

 

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

 

Значение также имеют характеристики:

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


Очень важен и

конструктивный тип аккумулятора

– обслуживаемый (сурьмянистый с постоянным контролем уровня и плотности электролита), малообслуживаемый (кальциевый с конверт-сепараторами) и необслуживаемый (гибридный гелевый). В России наиболее распространены недорогие обслуживаемые и малообслуживаемые АКБ, которые отличаются надежностью, не боятся глубокого разряда и морозов, подлежат восстановлению. Для холодного климата оптимальным будет гибридный гелевый аккумулятор.

 

При выборе аккумуляторной батареи следует также обратить внимание на ее полярность (расположение токовыводящих стержней). Прямая полярность (аккумуляторы для большинства отечественных авто) — положительный электрод находится слева, обратная полярность (евростандарт) – положительный электрод справа.

14.09.2016

К другим статьям

Характеристики автомобильных аккумуляторов

Без аккумулятора автомобиль превращается в бесполезную недвижимость — лишь редкие современные машины допускается заводить с толчка. Аккумулятор служит источником питания не только для стартера, но и для многочисленных электронных устройств, отвечающих за безопасность либо комфортабельность транспортного средства. Именно поэтому к подбору батареи стоит относиться очень серьёзно — неподходящее устройство может стать причиной отказа автомобиля в неподходящий момент либо даже его повреждения. Чтобы не допускать подобных ошибок, стоит внимательно рассмотреть основные характеристики аккумулятора для автомобиля.

Содержание

  • Совместимость
  • Электротехнические параметры
  • Технологии
  • Дополнительная информация
  • Оптимальный выбор

Совместимость

Современные аккумуляторы максимально унифицированы, что позволяет облегчить их выбор, но между батареями всё же имеется немало различий. Главной отличительной чертой аккумулятора является его номинальное напряжение. Выделяют три основных вида батарей:

  • 6 Вольт — для мопедов, багги, некоторых квадроциклов и прочей лёгкой техники;
  • 12 Вольт — все легковые автомобили, большинство мотоциклов и квадроциклов;
  • 24 Вольт — тяжёлые дизельные грузовики, спецтехника.

Конечно, существуют и нестандартные аккумуляторы, однако ими комплектуется только техника, изготовленная в единичном экземпляре.

Большинство современных батарей по-прежнему имеет классическую свинцово-кислотную компоновку. Её нельзя назвать наиболее эффективной, однако такая технология позволяет достичь оптимального баланса между характеристиками аккумулятора и его стоимостью. В последнее время начали набирать популярность гелевые батареи. Принцип их действия аналогичен, однако такие аккумуляторы содержат очень густой электролит, который не допускает выхода газов наружу — это позволяет улучшить характеристики устройства и сделать его максимально безопасным. Существуют батареи, созданные с применением никель-металлгидридной технологии и литиевые аккумуляторы (литий-ионные, литий-полимерные, литий-фосфатные) — обычно они предназначаются для гибридных транспортных средств и несовместимы с электросетью обычного автомобиля.

При покупке аккумулятора необходимо обращать внимание на его клеммы, которые различаются по толщине и полярности. В отечественных и европейских автомобилях применяется прямая полярность батарей, что предполагает расположение плюсовой клеммы справа. Японские и некоторые американские автомобили требуют установки батарей с обратной полярностью — теоретически, можно использовать и другой аккумулятор, но для этого понадобится существенно удлинить провода. Толщина клемм может соответствовать двум стандартам — наиболее распространён европейский, которому соответствует диаметр 19,5 мм у контакта «+» и 17,9 мм у «-». Альтернативой ему служит азиатский стандарт, у которого диаметр клемм равен 12,7 и 11,1 мм соответственно.

Нельзя забывать о наружных габаритах батареи, например, в лёгких грузовиках могут использоваться 12-вольтовые приспособления с крупным корпусом, которые точно не подойдут для установки на легковушку. Покупателю рекомендуется обращать внимание и на тип крепления аккумулятора, который может быть верхним либо нижним. Закрепить батарею можно и с помощью самодельного фиксатора, но никто не даст гарантию надёжности электросистемы в этом случае. Чтобы не допустить ошибки при покупке, лучше перепишите всю информацию со старого аккумулятора либо возьмите с собой инструкцию по эксплуатации транспортного средства. Продавец поможет вам разобраться в условных обозначениях и подберёт подходящую батарею.

Электротехнические параметры

Главной характеристикой любого аккумулятора — в том числе и не автомобильного, является его ёмкость, которая измеряется в Ампер-часах (Ач). Подбор оптимальной батареи в этом случае осуществляется по рекомендациям производителя — в инструкции по эксплуатации транспорта должна указываться минимально допустимая ёмкость для гарантированного запуска мотора. Специалисты дают следующие рекомендации по выбору аккумуляторов:

  • До 40 Ач — малолитражные легковые авто, использующиеся в тёплом климате;
  • До 60 Ач — бензиновые авто в умеренном климате;
  • До 80 Ач — бензиновые и некоторые дизельные авто в холодном климате;
  • До 100 Ач — любые бензиновые и дизельные легковые машины;
  • Свыше 100 Ач — коммерческая и специальная техника.

Покупать батарею чрезмерно большой ёмкости не рекомендуется, поскольку генератор не будет успевать подзаряжать её и со временем произойдёт накопление серы в ячейках. В условиях суровой зимы неполная зарядка мощного аккумулятора способна уменьшить срок его службы почти вдвое.

Перед покупкой следует внимательно изучить характеристики аккумулятора

Очень большое значение имеет ток холодной прокрутки — он показывает, какой будет отдача аккумулятора при попытке завести автомобиль после ночи, проведённой под открытым небом на морозе. Существует два стандарта измерения этого показателя, которые отличаются базовыми условиями — DIN и EN. Продавцы иногда идут на махинации, пытаясь выдать ток по EN за DIN и привлечь клиента завышенными характеристиками аккумулятора — чтобы избежать этого, нужно самостоятельно взглянуть на изделие и найти соответствующие буквы после обозначения тока холодной прокрутки. Нормальным значением согласно DIN является ток выше 250 А, в соответствии с EN — 420 А и выше.

Рассматривая характеристики автомобильного аккумулятора, обязательно обратите внимание на резервную ёмкость такого компонента. В отличие от основного параметра, она измеряется не в Ампер-часах, а минутах, в течение которых батарея сможет работать без подзарядки с нагрузкой в 25 А. Такой стандарт измерения соответствует ситуации, в которой генератор выходит из строя холодной зимней ночью. Показатель позволяет узнать, хватит ли заряда, чтобы доехать домой либо до СТО с включёнными фарами, обогревом салона и всеми электронными системами. Резервная ёмкость батареи должна превышать 40 минут — оптимальным вариантом считаются модели с показателем, составляющим 60–120 минут непрерывной автономной работы автомобиля.

Технологии

Наибольшее распространение на территории России получили обслуживаемые аккумуляторы, которые требуют регулярного долива дистиллированной воды для поддержания свойств электролита. Главное преимущество подобной технологии — невысокая себестоимость изделия, а также его превосходная надёжность. Обслуживаемый аккумулятор не боится глубокого разряда и может быть восстановлен после длительного хранения автомобиля под открытым небом на морозе. Очень популярная модификация таких батарей — малообслуживаемые устройства, которые требуют восполнения запаса дистиллированной воды примерно один раз в год против 2–3 раз у обычных обслуживаемых аккумуляторов. Такие приспособления имеют увеличенный срок эксплуатации и большую морозостойкость.

Однако в последнее время на российский рынок вышли необслуживаемые батареи, которые вовсе не требуют долива электролита и могут работать без вмешательства человека в течение всего срока годности. Жидкость в их банках может быть впитана в специальный стекловолоконный наполнитель, который препятствует её испарению. Кроме того, недавно были разработаны и гелевые аккумуляторы, технические характеристики которых также позволяют называть их необслуживаемыми. Благодаря добавлению кремния в электролит, он превращается в густой гель, не испаряющийся и не меняющий своего объёма даже под воздействием сильного нагрева. Гелевые аккумуляторы считаются наиболее безопасными — благодаря полному отсутствию газообразования их можно хранить даже в жилых помещениях.

Поскольку свинец достаточно плохо переносит длительное пребывание в агрессивной среде, которую представляет собой электролит на базе серной кислоты, его необходимо легировать для получения требуемых параметров надёжности. Чаще всего используется сурьма, которая делает батарею намного более устойчивой к таким воздействиям, как нагрев и переохлаждение. Однако аккумуляторы с большим количеством сурьмы имеют достаточно серьёзный недостаток, который представлен закипанием электролита при значительных отклонениях электротехнических параметров от нормы. Чтобы устранить этот недостаток, были разработаны батареи с другими легирующими веществами — наибольшую популярность получил кальций.

Кальциевые батареи очень надёжны и долговечны, а также практически не подвержены разрушению при воздействии на них ударных нагрузок и вибраций. Образующийся при контакте с серной кислотой сульфат кальция покрывает свинцовые пластины аккумулятора, защищая их от коррозии и чрезмерного перегрева при перезарядке. Как результат, устройства кальциевого типа выдерживают скачки напряжения в пределах 25% без существенных повреждений. Казалось бы, кальциевые батареи, эффективные и недорогие в производстве, должны полностью вытеснить с рынка устройства другого типа. Однако стоит обратить внимание на значительные недостатки таких аккумуляторов:

  • Потеря половины ёмкости при первом глубоком разряде без возможности её последующего восстановления;
  • После потери 70% ёмкости существует вероятность полного выхода из строя батареи — это может произойти, если автомобиль долгое время будет стоять с включённым электрооборудованием;
  • Кальциевые устройства запрещается использовать в автомобилях с неисправным электрооборудованием — это гарантированно нарушает их нормальную работу;
  • При температуре ниже -30 градусов хранить кальциевый аккумулятор лучше в тёплом помещении — иначе гарантию его исправности получить не удастся;
  • Для перезарядки такого приспособления потребуется дорогостоящее зарядное устройство с электронным управлением.

Чтобы избавиться от недостатков кальциевых и сурьмянистых аккумуляторов, многие крупные компании начали выпуск гибридных батарей, в которых используется оба легирующих элемента. Они имеют умеренную надёжность и ёмкость, но не повреждаются при глубоком разряде и не требуют соблюдения столь же строгих правил. Существуют и альтернативные гибридные батареи, в которых вторым легирующим элементом кроме кальция является серебро. Такие устройства очень надёжны и долговечны, а также невосприимчивы к быстрому глубокому разряду, но по понятным причинам дороги. Выпускаются и малосурьмянистые аккумуляторы, в которых содержание легирующего элемента не превышает 3% — они невосприимчивы к нагреву и глубокому разряду, но имеют ограниченный срок пригодности.

Дополнительная информация

Обслуживаемые аккумуляторы позволяют контролировать уровень электролита без малейших проблем — достаточно открутить пробку одной банки, чтобы увидеть, требуется ли долив дистиллированной воды. Однако малообслуживаемые и необслуживаемые устройства такой возможности не предоставляют — без помощи специалиста получить доступ к внутренним компонентам таких батарей не удастся. Контроль плотности электролита осуществляется в них с помощью специального индикатора, называемого «магическим глазком». В зависимости от степени износа батареи он меняет свой цвет с зелёного на красный, сигнализируя о необходимости обслуживания либо замены источника питания. В моделях с белыми стенками уровень электролита удаётся замерить, посветив на них фонариком.

Многие современные аккумуляторы оснащены полиэтиленовым пористым сепаратором, который устанавливается внутри их корпуса — такое приспособление предотвращает замыкание пластин между собой и существенно повышает срок эксплуатации устройства. Сепаратор улучшает характеристики источника питания, предотвращая его разрушение при длительном воздействии вибраций или сильных ударов. Ещё одним защитным компонентом для батареи является отсекатель пламени, который предотвращает возгорание и взрыв при попадании на корпус искры. Он применяется в качественных устройствах обслуживаемой и малообслуживаемой компоновки, повышая уровень защиты автомобиля.

При сильном нагреве батареи серная кислота, содержащаяся в электролите, способна испаряться, образуя едкий аэрозоль. Его появление представляет собой угрозу для безопасности транспорта, а также снижает остаточный срок эксплуатации приспособления. Чтобы устранить эти проблемы, аэрозоль необходимо улавливать и осаждать обратно в резервуары. Для этого применяют крышки аккумуляторов с лабиринтной формой — она позволяет осаждать электролит в форме конденсата, стекающего в банки через специальные каналы.

Аккумуляторы могут комплектоваться защитными крышками и колпачками, которые предотвращают случайный контакт клемм с металлическими деталями автомобиля или проводами — с их помощью удаётся избежать появления серьёзных неполадок электросистемы. Некоторые модели нестандартных размеров, например, азиатские батареи либо изделия для специальной техники, могут комплектоваться набором переходников. В них часто включены накладки, обеспечивающие фиксацию широких клемм на тонких стержнях, а также провода увеличенной длины для быстрой смены полярности. Среди особенностей батарей нужно назвать и наличие ручки для переноски — она выручает автомобилистов, которым приходится поднимать источник питания на высокий этаж многоквартирного дома для его прогрева.

Оптимальный выбор

При подборе аккумуляторной батареи обязательно обратите внимание на её совместимость с вашим автомобилем — достаточно перепутать напряжение или полярность, чтобы устройство не подошло для транспортного средства. Оцените объём двигателя и климатические условия, в которых будет эксплуатироваться автомобиль — от этих параметров зависит ёмкость и сила тока холодной прокрутки. Только после определения этих характеристик приступайте к выбору аккумулятора по технологии его изготовления. Если автомобиль будет использоваться в тёплом климате, стоит отдать предпочтение кальциевой модели, а в холодном — гибридной либо малосурьмянистой. Не забывайте проверять, соответствует ли выбранная вами батарея стандартам надёжности и безопасности.

Интерпретация параметров аккумуляторов и листов спецификаций

Аккумуляторы являются конечным коммерческим продуктом, который поставляется клиентам и для которого требуются некоторые данные, предоставляемые производителями, чтобы позволить клиентам оценить производительность различных типов аккумуляторов с точки зрения номинальной емкости, допустимого DOD и диапазоны рабочих температур. Большинство спецификаций содержат некоторые кривые, которые проектировщик фотоэлектрических систем должен уметь интерпретировать в соответствии с передовыми методами проектирования.

В этом разделе мы обсудим основные параметры аккумуляторов и основные факторы, влияющие на работоспособность аккумулятора.

Первыми важными параметрами являются номинальные напряжение и емкость аккумулятора.

Каждая батарея имеет определенное напряжение и емкость. Как кратко обсуждалось ранее, внутри каждой батареи есть ячейки, которые формируют уровень напряжения , и это номинальное напряжение батареи является номинальным напряжением, при котором батарея должна работать.

Емкость относится к количеству заряда, которое батарея может обеспечить при номинальном напряжении, которое прямо пропорционально количеству электродного материала в батарее.

Единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час или ампер-час, обозначаемый как (Ач). Емкость также может быть выражена через энергоемкость батареи. Энергоемкость представляет собой номинальное напряжение батареи в вольтах, умноженное на емкость батареи в ампер-часах, что дает общую энергетическую емкость батареи в ватт-часах (Втч). В общем, это общее количество энергии, которое может хранить устройство.

Вам должно быть интересно, какое значение имеют ампер-часы как единица емкости батареи? Само устройство дает нам некоторые важные подсказки о свойствах батареи. Совершенно новая батарея емкостью 100 ампер-часов теоретически может обеспечивать ток силой 1 А в течение 100 часов при комнатной температуре. На практике это не так из-за нескольких факторов, как мы увидим позже.

C-рейтинг

Перейдем к другому важному параметру батареи, который называется C-рейтинг. C-rate — это скорость разряда батареи относительно ее емкости. «Число» C-скорости — это не что иное, как ток разряда, при котором батарея разряжается, сверх номинальной емкости батареи. Он рассчитывается следующим образом:

«Число» C=IdisCnon

Где

«I dis » — ток разряда

«C non » — номинальная емкость батареи

Скорость разрядки иногда называют C/»число», и это число представляет собой количество часов, в течение которых батарея полностью разряжается. Другими словами, это значение, обратное предыдущему обозначению, и рассчитывается следующим образом:

CI «Число»=CnonIdis

Например, показатель C, равный 1C, для аккумулятора емкостью 100 А·ч будет соответствовать току разряда. 100 А в течение 1 часа. Или это может быть представлено как C/1. С другой стороны, C-скорость 2C для той же батареи будет соответствовать разрядному току 200 А в течение получаса. Или его можно представить как C/0,5. Точно так же C-скорость 0,05C подразумевает разрядный ток 5 А в течение 20 часов. Или он может быть представлен как C/20. Наконец, та же батарея может быть разряжена током 1 А в течение 100 часов, что соответствует 0,01°C или C/100. В общем, C-rate зависит от зарядного и разрядного тока.

Эффективность

Поскольку не существует системы преобразования энергии со 100% КПД, термин эффективность представляет собой способность системы передавать энергию от входа системы к выходу. Каждый тип батареи имеет разный рейтинг эффективности, как описано в EME 812 (9.3. Хранение батареи — Таблица 9.1), и обычно мы говорим об эффективности как заряда, так и разряда.

Эффективность батареи — это отношение общего входа системы хранения к общему выходу системы хранения. Например, если при зарядке в батарею закачивается 10 кВтч, а при разрядке можно эффективно извлечь только 8 кВтч, то эффективность системы хранения в оба конца составляет 80%.

Давайте обсудим еще один важный параметр батареи, состояние заряда или SOC . Он определяется как процент емкости батареи, доступной для разрядки, поэтому, таким образом, батарея с номинальной емкостью 100 Ач, которая была разряжена на 20 Ач, имела SOC 80%. Еще одним параметром, дополняющим SOC, является глубина разряда или DOD , которая представляет собой процент емкости батареи, которая была разряжена. Таким образом, батарея емкостью 100 Ач, которая была разряжена на 20 Ач, имеет DOD 20%. Другими словами, DOD и SOC дополняют друг друга.

Теперь мы подошли к очень важному параметру: срок службы циклов батареи. Срок службы определяется как количество циклов зарядки и разрядки, после которых емкость аккумулятора падает ниже 80% от номинального значения. Обычно срок службы указывается в виде абсолютного числа. Однако, если быть более точным, на срок службы и другие параметры батареи влияет изменение условий окружающей среды, таких как температура в данном случае.

Так какая связь между параметрами батареи? Срок службы сильно зависит от глубины разряда. Это можно увидеть на рис. 3.6 для типичной залитой свинцово-кислотной батареи. Если мы посмотрим на эффективную емкость свинцово-кислотной батареи при разной глубине разряда (DOD), то увидим, что количество циклов уменьшается по мере увеличения DOD.

Рисунок 3.6: Эффективная емкость (%) в зависимости от количества циклов при различных значениях глубины разряда для залитой свинцово-кислотной батареи.

Авторы и права: Разработано с использованием SAM

Срок службы также зависит от температуры. Батарея работает дольше при более низких температурах эксплуатации. Кроме того, из рис. 3.6 видно, что при определенной температуре продолжительность цикла нелинейно зависит от глубины разряда. Чем меньше DOD, тем выше срок службы цикла. Однако такой более высокий срок службы также будет означать, что те дополнительные циклы, которые вы получаете, могут помочь вам только при меньшей глубине разряда. Таким образом, можно сказать, что батарея прослужит дольше, если средний DOD можно будет уменьшить по сравнению с ее нормальной работой. Кроме того, следует строго контролировать перегрев батареи. Перегрев может произойти из-за перезарядки и последующего перенапряжения свинцово-кислотной батареи. Мы узнаем больше о напряжении и контроле заряда батареи в следующем разделе.

Хотя срок службы батареи увеличивается при более низких температурах, необходимо учитывать еще один эффект. Температура также влияет на емкость аккумулятора при обычном использовании. Как видно на рисунке 3.7, чем ниже температура, тем ниже емкость аккумулятора. Чем выше температура, тем выше емкость аккумулятора.

Рисунок 3.7: эффективная емкость (%) в зависимости от температуры для залитой свинцово-кислотной батареи

Авторы и права: разработано с использованием SAM

Reflection

Почему емкость увеличивается с температурой?

Щелкните для ответа…

ОТВЕТ: Это связано с тем, что при высоких температурах химические вещества в аккумуляторе более активны, и, следовательно, химическая активность увеличивает емкость аккумулятора. Наоборот, химическая активность снижается при более низких температурах, которые снижают емкость

Факторы старения батареи

Это может показаться ненаучным, но даже при высоких температурах возможно достичь выше номинальной емкости батареи. Однако такие высокие температуры серьезно вредят здоровью батареи.

Когда мы говорим, что батарея имеет ограниченный срок службы или что она полностью «разряжена», что именно это означает? Связано ли это с эффектом старения свинцово-кислотного аккумулятора?

Существует несколько факторов, способствующих старению любой батареи. Сульфатация является одной из основных причин старения. И если батарея не полностью заряжена после сильного разряда, это приводит к росту кристаллов сульфата, которые не могут быть полностью преобразованы обратно в свинец или оксид свинца. В результате батарея медленно теряет массу активного материала и, следовательно, разрядная емкость будет ниже. Коррозия свинцовой сетки на электроде является еще одним распространенным фактором старения. Это приводит к увеличению сопротивления сетки из-за высоких положительных потенциалов.

Двигаясь дальше, когда батарея теряет влагу, это вызывает высыхание электролита, что происходит при высоких зарядных напряжениях, что приводит к потере воды. Это называется эффектом выделения газа и может ограничивать срок службы батареи. Об этом следует позаботиться при плановом техническом обслуживании путем добавления в аккумулятор дистиллированной воды.

Исследователи разработали необслуживаемые свинцово-кислотные батареи для солнечных систем с очень длительным сроком службы. Тем не менее, это также продукты высокого класса и могут быть более дорогими.

Reflection

Как определить, предпочтительна ли батарея необслуживаемого типа, если она предназначена для фотоэлектрических приложений?

Щелкните для ответа…

ОТВЕТ: Это определяется количеством необходимых батарей и доступностью для текущего обслуживания. Предпочтительно иметь необслуживаемые батареи, когда установка недоступна или если системе требуется большое количество батарей.

После того, как мы рассмотрели все основные параметры батареи и характеристические кривые, дизайнер сможет сделать лучший выбор продукта в зависимости от области применения. Но как дизайнеры ставят эти батареи на место? Есть ли только один размер для всех батарей, и он масштабируется? Или они изготавливают батарею индивидуального дизайна для каждого проекта? Мы ответим на эти вопросы в следующем разделе.

Лучшие практики LoRa по выбору батареи, основные параметры батареи

документация

Важно понимать все критические параметры батареи и применять их к использованию продукта и требованиям.

  • Химия аккумуляторов

    Большинство аккумуляторных элементов состоят из двух электродов и электролита. Комбинация материалов, используемых для изготовления этих компонентов, определяет химический состав батареи. Химический состав батареи определяет такие свойства, как напряжение, ток нагрузки, емкость, рабочая температура, саморазряд и физический размер.

  • Типы батарей:

    • Первичный

      Первичные батареи не подлежат перезарядке. Эти батареи состоят из электрохимических элементов, которые вызывают необратимую химическую реакцию. Поэтому вы не можете перезарядить эти батареи; вы должны заменить их, когда они исчерпаны. Первичные батареи часто имеют определенную энергию, а устройства, которые их используют, рассчитаны на низкое энергопотребление, что позволяет батарее работать как можно дольше. Наиболее популярными типами первичных аккумуляторов являются литиевые, щелочные и углеродно-цинковые. Эти батареи также являются экологически чистыми и устойчивыми. Однако низкий ток нагрузки в этих батареях ограничивает их применение в устройствах с низкими требованиями к току, таких как пульты дистанционного управления и датчики дыма.

    • Перезаряжаемый

      Эти батареи представляют собой стандартный источник питания для многих продуктов, особенно для портативных устройств, таких как цифровые камеры, портативные компьютеры, планшеты и сотовые телефоны. Поскольку их можно перезаряжать, использование этих батарей значительно снижает количество отходов, отправляемых на свалки в виде первичных батарей. Чтобы перезарядить аккумулятор, нужно обратить электрохимические реакции вспять, подав напряжение на аккумулятор в противоположном направлении.

      Первоначальная стоимость перезаряжаемых батарей выше стоимости неперезаряжаемых батарей. Однако, поскольку их можно перезаряжать несколько раз, в конечном итоге они могут быть более экономичными.

      Аккумуляторы можно разделить на подтипы в зависимости от их химического состава. Это важно, потому что химический состав определяет некоторые характеристики батареи, в том числе ее удельную энергию, срок службы, срок годности и цену. Самые популярные типы аккумуляторов на основе химии:

      • Литий-ионный (Li-ion)
      • Никель-кадмий (Ni-Cd)
      • Никель-металлогидридный (Ni-MH)
      • Свинцово-кислотный
    • Суперконденсаторы

      Суперконденсатор или ультраконденсатор отличается от батареи. Суперконденсаторы заряжаются за секунды с очень небольшим снижением емкости. Они могут выдерживать практически неограниченное количество циклов зарядки. Традиционно суперконденсаторы используются для приложений, которые испытывают внезапные всплески энергии или используют энергию всплесками. Чтобы справиться с высокими пиковыми токами, используйте суперконденсатор для разгрузки батареи. В периоды сильного тока суперконденсатор выступает в качестве основного источника питания. В периоды слабого тока батарея является основным источником питания и перезаряжает конденсатор.

      В идеале используйте суперконденсаторы, когда вам нужна кратковременная быстрая зарядка. Сочетание суперконденсатора и батареи в гибридной батарее удовлетворяет как краткосрочные, так и долгосрочные потребности в электроэнергии и снижает нагрузку на батарею, что приводит к увеличению срока службы. Недостатком суперконденсаторов является необходимость выравнивания напряжения, когда несколько конденсаторов размещаются последовательно для достижения более высоких напряжений. Кроме того, в зависимости от того, как измеряется напряжение конденсаторной батареи, заряженный суперконденсатор может маскировать батарею с низким напряжением, срок службы которой близок к концу. Кроме того, существует потеря мощности порядка 1-10 мкА для поддержания заряда суперконденсаторов.

  • Производительность и характеристики нагнетания

    Емкость аккумулятора измеряется и выражается в ампер-часах (Ач). Ампер-часы — это разрядный ток, который батарея может отдать с течением времени. Все аккумуляторы подвержены процессу, называемому саморазрядом. Степень энергии саморазряда зависит от технологии и химических веществ, используемых в батарее. Часто для аккумуляторов указывается скорость разряда в единицах C, где C — емкость аккумулятора, деленная на часы. Например, C для батареи емкостью 1200 мАч соответствует скорости разряда 1,2 А в течение часа, C/2 для той же батареи составляет 600 мА, а C/10 — 120 мА.

  • Пиковый ток нагрузки

    Пиковый ток нагрузки — это максимальный ток, при котором батарея может непрерывно разряжаться. Этот предел обычно указывается производителем батареи, чтобы предотвратить чрезмерную скорость разряда, которая может повредить батарею или уменьшить ее емкость. Напряжение батареи изменяется в зависимости от применяемого разрядного тока (нагрузки). Как показано на рисунке 1, при увеличении тока разряда рабочее напряжение и емкость батареи уменьшаются. Например, для аккумулятора емкостью 5 Ач емкость (С) составляет 5 А при скорости разряда в один час. Если аккумулятор имеет максимальную скорость разряда 5С, то пиковый ток нагрузки составляет 25А. Важно помнить, что увеличение скорости разряда до 5С пропорционально сократит срок службы батареи до 1/5 часа.

 

Напряжение ячейки

Напряжение элемента зависит от выбранного вами типа химического состава батареи. В зависимости от приложения выбор правильной батареи с правильным напряжением элемента может повлиять на эффективность, сложность и стоимость схемы питания в устройстве. На батареях указано номинальное напряжение. Однако напряжение холостого хода (OCV) полностью заряженной батареи может быть на 5–7 % выше. На рис. 2 приведен пример графика зависимости напряжения элемента от разрядной емкости для аккумуляторов с различным химическим составом.

Объединяя рис. 1 и рис. 2, мы получаем представление о напряжении элемента с течением времени и при различных нагрузках. Если устройство потребляет 0,2C (синяя линия на рис. 1) от Panasonic NCR18650B во время радиоприема, то при разрядке около 20% (т.е. 600 мАч по оси X) мы находим напряжение около 3,9 В. Однако, если наше устройство начнет потреблять 1С тока (зеленая линия рисунка 1), напряжение упадет до 3,7В. Это изменение напряжения становится еще более выраженным по мере разрядки батареи. Разработчик устройства должен учитывать эти варианты при проектировании устройства.

Рисунок 2: Напряжение элемента в зависимости от разрядной емкости для аккумуляторов с различным химическим составом

  • Температура

    Часто датчики IoT размещают в суровых условиях со значительными колебаниями температуры или экстремальными температурами. В высокотемпературной среде скорость саморазряда выше номинальной скорости из-за химического состава батареи. Точно так же в условиях низкой температуры химические реакции батареи могут замедляться, что ограничивает способность батареи поддерживать полезное напряжение для требуемой нагрузки. Например, мы не рекомендуем использовать угольно-цинковые и щелочные батареи при температуре ниже 0°C. Литиевые батареи могут работать при температуре -40°C, но обычно имеют значительное снижение производительности. В перезаряжаемых устройствах литий-ионные аккумуляторы можно заряжать с максимальной скоростью в узком диапазоне температур, примерно от 20°C до 45°C. Вне этих температур требуются более низкие токи или напряжения, что приводит к увеличению времени зарядки.

Рис. 3: Характеристики разряда в зависимости от температуры энергоэлемента NCR18650B от Panasonic

  • Срок хранения

    Большинство аккумуляторов, особенно с водным электролитом, медленно саморазряжаются, даже если они не подключены.

Back to top