Основные характеристики акб: Основные характеристики аккумуляторных батарей | АКБ

DoITPoMS — Батарейки библиотеки TLP

При выборе батареи необходимо учитывать следующие характеристики батареи:

1) Тип

См. Страницу первичных и вторичных батарей.

2) Напряжение

Теоретическое стандартное напряжение ячейки может быть определено из электрохимической серии с использованием значений E ^или :

E ^o (катодный) — E ^o (анодный) = E ^o (элемент)

Это стандартное теоретическое напряжение. Теоретическое напряжение ячейки модифицируется уравнением Нернста, которое учитывает нестандартное состояние реагирующего компонента. Нернтовский потенциал будет меняться со временем либо из-за использования, либо из-за саморазряда, посредством которого изменяется активность (или концентрация) электроактивного компонента в ячейке. Таким образом, номинальное напряжение определяется химией ячейки в любой момент времени.

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

Типичные значения напряжения находятся в диапазоне от 1,2 В для никель-кадмиевых аккумуляторов до 3,7 В для литий-ионных аккумуляторов.

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

3) Кривая расхода

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

4) Вместимость

Теоретическая емкость батареи — это количество электричества, участвующего в электрохимической реакции. Обозначается Q и определяется как:

$$ Q = xnF $$

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

Вместимость обычно выражается в массе, а не в количестве молей:

\ [Q = {{nF} \ over {{M_r}}} \]

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

На практике полная емкость аккумулятора никогда не может быть реализована, поскольку значительный вес составляют нереактивные компоненты, такие как связующие и проводящие частицы, сепараторы и электролиты, токосъемники и подложки, а также упаковка. Типичные значения варьируются от 0,26 Ач / г для Pb до 26,59 Ач / г для H ₂ .

5) Плотность энергии

Плотность энергии — это энергия, которая может быть получена из единицы объема веса клетки.

6) Удельная энергия

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

7) Удельная мощность

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

8) Температурная зависимость

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

9) Срок службы

Срок службы аккумуляторной батареи определяется как количество циклов зарядки / перезарядки, которое может выполнить аккумуляторная батарея, прежде чем ее емкость упадет до 80% от первоначальной.Обычно это от 500 до 1200 циклов.

Срок годности батареи — это время, в течение которого батарею можно хранить в неактивном состоянии до того, как ее емкость упадет до 80%. Уменьшение емкости со временем вызвано истощением активных материалов из-за нежелательных реакций внутри ячейки.

Батареи также могут быть подвержены преждевременной смерти:

• Чрезмерная зарядка
  
• Перегрузка
  
• Короткое замыкание
  
• Потребляемый ток больше, чем предусмотрено для производства
  
• Воздействие экстремальных температур
  
• Подверженность ударам или вибрации
  

Задержка напряжения

Смерть батареи из-за старения

10) Физические требования

Это включает в себя геометрию ячейки, ее размер, вес и форму, а также расположение клемм.

11) Цикл зарядки / разрядки

Есть много аспектов цикла, которые требуют рассмотрения, например:

• Напряжение, необходимое для зарядки
  
• Время, необходимое для зарядки
  
• Наличие источника заряда
  
• Потенциальная угроза безопасности при зарядке / разрядке

12) Срок службы

Срок службы аккумуляторной батареи — это количество циклов разрядки / зарядки, которое она может пройти, прежде чем ее емкость упадет до 80%.

13) Стоимость

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

14) Возможность глубокого разряда

Существует логарифмическая зависимость между глубиной разряда и сроком службы батареи, таким образом, срок службы батареи может быть значительно увеличен, если она не разряжена полностью; Например, батарея мобильного телефона прослужит в 5-6 раз дольше, если перед подзарядкой она разрядится только на 80%.

Для приложений, где это может быть необходимо, доступны специальные аккумуляторы глубокого разряда.

Никель-кадмиевые батареи

15) Требования к приложению

Батареи должно хватить для предполагаемого применения. Это означает, что он должен иметь возможность производить правильный ток с правильным напряжением. Он должен обладать достаточной емкостью, энергией и мощностью. Он также не должен слишком сильно превышать требования приложения, поскольку это может привести к ненужным расходам; он должен обеспечивать достаточную производительность при минимально возможной цене.

предыдущая | следующий

3 Важные характеристики аккумуляторной батареи

Аккумулятор (или аккумуляторная батарея) обладает тремя важными характеристиками: 1. Напряжение 2. Емкость 3. КПД.

Средняя ЭДС ячейки составляет примерно 2,0 вольта. Значение ЭДС ячейки не остается постоянным, но изменяется в зависимости от изменения удельного веса электролита, температуры и продолжительности времени с момента последней зарядки.

ЭДС ячейки увеличивается с увеличением удельного веса электролита и наоборот, но увеличение удельного веса электролита также вызывает увеличение внутреннего сопротивления ячейки; следовательно, его значение не должно превышать 1,22. Наилучшие результаты дает электролит с удельным весом 1,21.

ЭДС ячейки хоть и не сильно, но немного увеличивается с повышением температуры.

Напряжение на клеммах аккумулятора выше во время зарядки, чем во время разрядки, по следующим причинам.

Внутреннее напряжение, возникающее в результате химического воздействия, зависит от прочности электролита и немного увеличивается по мере того, как кислота становится сильнее, а концентрация электролита увеличивается из-за образования H ₂ SO ₄ во время зарядки и уменьшается из-за образования воды во время разряда.

Кроме того, поскольку кислота образуется в порах активного материала во время зарядки, а вода образуется во время разряда, и поскольку требуется время для диффузии кислоты или воды, отсюда следует, что сила электролита, который находится в фактическом контакте с Активный материал во время зарядки значительно больше, чем средняя сила электролита (кислоты), в то время как во время разряда она значительно меньше средней.Следовательно, ЭДС элемента больше во время зарядки, чем во время разряда.

Напряжение на клеммах батареи равно E + Ir во время зарядки и E — Ir во время разряда, где I — ток заряда или разряда, а r — внутреннее сопротивление элемента.

Способность аккумулятора работать и отдавать ток называется номинальной мощностью или емкостью. В то время как напряжение ячейки определяется ее химическим составом, емкость ячейки может изменяться бесконечно.

Емкость ячейки — это, по сути, количество электронов, которые могут быть получены из нее. Поскольку ток — это количество электронов в единицу времени, емкость ячейки — это интеграция тока, подаваемого ячейкой с течением времени. Таким образом, емкость элемента выражается в ампер-часах (А-ч) и равна произведению заданного тока разряда в амперах на количество часов до того, как элемент разряжается до заданной степени. Таким образом, номинальная выходная мощность (или емкость) в 10 ампер-часов означает, что ток в один ампер может потребляться в течение 10 часов или ток в половину ампер в течение 20 часов.

Таким образом, емкость батареи можно определить как полезное количество электричества, которое может быть получено от батареи при заданной скорости разряда до того, как она упадет до заданного значения напряжения, равного 1,75 В, умноженного на количество ячеек. . Емкость батареи зависит от нескольких факторов, главными из которых являются площадь поверхности пластины; количество, расположение и пористость активного материала, используемого при изготовлении пластин; количество и удельный вес используемого электролита; и пористость сепараторов.Скорость разряда и температура также играют важную роль.

Емкость ячейки увеличивается с увеличением площади поверхности пластины. Приблизительное правило для оценки емкости батареи — это площадь поверхности положительных пластин в мм ² , умноженная на количество таких пластин и разделенная на 1000. Например, емкость батареи, имеющей 5 положительных пластин размером 100 и 50 мм каждая, будет (100 × 50 × 5) / 1000, то есть 25 Ач.

Поскольку электричество производится в результате химического воздействия внутри элементов, емкость батареи напрямую зависит от типа и количества используемого активного материала.Теоретически требуется примерно 4 грамма металлического свинца на любом элементе, чтобы превратить его в губчатый свинец или перекись свинца, чтобы произвести один ампер-час электричества. На практике требуется от четырех до шести раз больше.

Причина этого в том, что невозможно восстановить весь активный материал, привести каждую частицу в контакт с электролитом или вызвать проникновение тока в каждую часть. Эксперимент показывает, что от 15 до 22 граммов губчатого свинца и от 16 до 24 граммов металлического свинца, преобразованного в PbO ₂ , требуется на их соответствующих элементах для получения разряда в один ампер-час при обычных коммерческих расходах.

Емкость ячейки зависит от концентрации или удельного веса электролита, так как она влияет на внутреннее сопротивление и интенсивность химической реакции, протекающей в ячейке. Он увеличивается с увеличением удельного веса электролита.

При определенной температуре емкость элемента зависит от скорости его разряда. Например, батарея емкостью 100 ампер-часов, способная обеспечить непрерывный разряд 10 А в течение 10 часов, теоретически должна давать непрерывный разряд 20 А в течение 5 часов или 50 А в течение 2 часов или 100 А в течение одного часа, но на самом деле, емкость в ампер-часах уменьшается с увеличением скорости разряда.

С увеличением скорости разряда напряжение элемента падает быстрее из-за внутреннего сопротивления элемента; химические реакции ускоряются, ослабляя пластины и уменьшая емкость ячейки. Если элемент разряжается слишком быстро, это может привести к поломке пластин, а в случае приклеенных пластин очень внезапный разряд приведет к смещению пасты. Емкость хлоридных трубчатых стационарных свинцово-кислотных элементов при различных скоростях разряда, выраженная в процентах от ампер-часов, доступных при 10-часовой скорости.

Емкость батареи увеличивается с повышением температуры, потому что при высокой температуре химические реакции, происходящие внутри элемента, становятся более интенсивными, кислотостойкость снижается, а диффузия электролита улучшается. Однако при высокой температуре паста быстро превращается в сульфат свинца, что всегда сопровождается расширением пасты, особенно на положительных пластинах, что приводит к короблению и растрескиванию сетки.

При высокой температуре решетка из сурьмяно-свинцового сплава, клеммные колодки и деревянные разделители также подвергаются воздействию кислоты. Таким образом, не рекомендуется эксплуатировать свинцово-кислотные батареи при температуре выше 40 ° C. С понижением температуры химические реакции замедляются, внутреннее сопротивление элемента увеличивается и диффузия электролита ухудшается.

Следовательно, емкость элемента уменьшается с понижением температуры до точки замерзания (-35 ° C при удельном весе электролита 1,22) емкость уменьшается до нуля, даже если в противном случае аккумулятор полностью заряжен.

Эффективность ячейки может быть определена двумя способами, перечисленными и объясненными ниже:

а. Количество или эффективность в ампер-часах:

Поскольку при определении этой эффективности не принимаются во внимание изменения конечного потенциала элемента во время заряда и разряда, а конечный потенциал элемента во время заряда выше, чем во время разряда, то количественная эффективность всегда выше, чем энергоэффективность, в какие вариации оконечного потенциала ячейки учитываются.

Поскольку обычно эффективность определяется как отношение выходной мощности к входной, аналогично количественная эффективность или эффективность в ампер-часах определяется как отношение ампер-часов разряда и ампер-часов заряда.

Количественный КПД свинцово-кислотного элемента варьируется от 90 до 95%. Было бы 100 процентов, если бы не выделение газа на заряде, которое представляет собой необратимую химическую реакцию.

Если зарядку прекращать каждый раз, как только выделение газа становится заметным, эффективность в ампер-часах будет почти 100%, но емкость в ампер-часах будет уменьшена, и рекомендуется время от времени полностью заряжать аккумулятор. во избежание порчи неиспользованного сульфата свинца.Количественная эффективность также снижается из-за саморазряда пластин, вызванного местными реакциями, и из-за утечки тока, вызванной неисправной изоляцией между элементами и батареей.

г. Эффективность использования энергии или ватт-часов:

Энергоэффективность определяется как отношение энергии, отдаваемой элементом в ватт-часах во время разряда, и энергии, потребляемой в ватт-часах во время зарядки.

‘’

Работа при низкой скорости заряда и разряда и при пониженной емкости в ампер-часах приводит к повышению эффективности в ватт-часах.Фактическая эффективность в ватт-часах или энергии, получаемая на практике, колеблется от 75 до 85 процентов.

Базовые знания об аккумуляторах — Типы и характеристики — ｜ Matsusada Precision идеально подходит для

Типы аккумуляторов и проблемы

Вокруг нас встречаются различные типы электроприборов. За исключением крупногабаритных электроприборов, таких как телевизоры и Холодильники, питающиеся от розеток, работают от батарей.
Например, это смартфоны, планшеты и портативный музыкальный проигрыватель.Для больших, например электромобилей. Многие батареи используется для пультов дистанционного управления для телевизоров, кондиционеров и т. д. Недавно была разработана большая аккумуляторная батарея для домашнего использования. и продается для хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечными панелями, для использования в ночное время. Также есть идеи использовать электромобили в качестве аккумуляторных батарей.

В эти изделия встроены различные типы батарей и аккумуляторов, которые используются надлежащим образом в зависимости от области применения. Вы можете узнайте о типах батарей и проблемах на этой странице.

Сначала мы познакомимся с типом аккумулятора. Его можно разделить на первичные элементы, такие как сухие батареи, вторичные элементы (аккумуляторные батареи), которые могут перезаряжаться и использоваться многократно, а топливные элементы, которые непрерывно вырабатывают электроэнергию за счет химических реакций. Первичная ячейка одноразовая, и она производит электрическая энергия в результате химической реакции, и ее нельзя больше использовать, если нет вещества, инициирующего химическую реакцию.

С другой стороны, аккумуляторные батареи можно многократно заряжать и разряжать.Он также вырабатывает электроэнергию в результате химических реакций, но это другое от первичных клеток в обратимости химической реакции. После разряда нет вещества, которое подвергается химической реакции, «зарядка» может быть сделано, чтобы вернуться из состояния после реакции в состояние до реакции.

Однако циклы заряда-разряда имеют верхний предел и могут вызвать временное падение напряжения из-за эффектов памяти.
Топливные элементы вырабатывают электроэнергию за счет реакции водорода и кислорода.В этом случае водород извлекается из хранилища водорода. сплава, или высвобождает водород, содержащийся в углеводородах, таких как метан, этан, пропан и бутан, в городском газе, и реагирует с кислородом в воздухе. Следовательно, если мы сможем продолжать поставлять материалы для источников водорода, мы сможем продолжить добычу электроэнергии.

Характеристики каждой батареи

Давайте познакомимся с особенностями каждой батареи.

NiCd (никель-кадмиевый аккумулятор), NiMH (никель-металлогидридный аккумулятор)

И NiCd, и NiMH используют гидроксид никеля в качестве положительного электрода. NiCd использует кадмий для отрицательного электрода NiMH использует сплав для хранения водорода, а электролит представляет собой водный раствор, в основном состоящий из КОН (гидроксид калия).
Хотя как NiCd, так и NiMH могут использоваться для мощных приложений, таких как двигатели, NiCd заменяется более безопасным NiMH, потому что NiCd содержит кадмий, вызывающий заболевания, связанные с загрязнением. Сейчас же, большинство аккумуляторных батарей — никель-металлгидридные. Батареи типа сухих элементов, например eneloop и evolta, также являются NiMH.
NiMH отличается устойчивостью к многократной зарядке и разрядке, а также высокой безопасностью. С другой стороны, NiMH имеет сильный эффект памяти, и существует проблема, заключающаяся в том, что количество электроэнергии, которое может быть выработано, уменьшается по мере того, как батарея заряд продолжается. Чтобы сбросить этот эффект памяти, его необходимо полностью разрядить, а затем снова зарядить.

LiB (литий-ионная аккумуляторная батарея)

используется в различных продуктах, таких как персональные компьютеры, смартфоны и планшеты. Ты можешь подумать что почти весь LiB используется в батареях, которые существуют вокруг вас. Он также широко используется в качестве аккумулятора для электромобилей.
Поскольку LiB имеет очень высокую плотность энергии, примерно в 2,5 раза больше, чем у NiMH, это важный аккумулятор для снижения веса мобильные устройства, например мобильные телефоны. Кроме того, поскольку нет эффекта памяти, это также преимущество, что можно добавить заряд, и он саморазряд не очень сильно даже если оставить на долгое время.

Таблица. Скорость саморазряда каждой батареи

Однако, поскольку плотность энергии высока, даже небольшое колебание напряжения приводит к перезарядке, что приводит к чтобы значительно сократить срок службы батареи. Кроме того, если перезарядка или переразгрузка повторяются, внутреннее давление батареи поднимется, что приведет к взрыву или возгоранию. Возможно, вы видели новости о том, что смартфон взорвался и вызвал сильный ожог или что в самолете взорвалась батарея.

Твердотельный аккумулятор

Одна из проблем вышеперечисленных аккумуляторов — «протечка». Если оставить его надолго, электролит, содержащийся в аккумулятор может вытечь. Утечка может вызвать короткое замыкание, а в некоторых случаях может повредить внутреннюю схему.
Утечка возникает из-за того, что в качестве электролита используется водный раствор, и, чтобы избежать этого, твердотельная батарея с разработан твердый электролит. Преимущество в том, что с ним легко обращаться, и вероятность аварии меньше.
С другой стороны тоже есть недостаток. Твердотельный аккумулятор, разработанный Toyota для электромобилей, представляет собой ионно-литиевый аккумулятор. аккумуляторная батарея, в которой используется твердый электролит на основе сульфида и положительный электрод из слоистого оксида, и в настоящее время она имеет объемную энергию плотность всего около 200 Втч / л. Это меньше половины. Для увеличения дальности плавания необходимо поднять объемный плотность энергии от 400 до 600 Втч / л, и его разработка в настоящее время продолжается.

Металло-воздушная батарея

В металло-воздушной батарее в качестве положительного электрода используется кислород из воздуха, а в качестве отрицательного электрода — металл. Используется для маленьких и легких электрические приборы, такие как слуховые аппараты и кухонные таймеры.
Щелочные металлы, такие как Li, Na и Ca, а также щелочноземельные металлы, вступают в химическую реакцию с кислородом воздуха для получения электричества.Поэтому, когда он не используется, держите его защищенным, чтобы блокировать кислород, и снимайте экран, когда он используется. Производительность аккумулятора зависит от используемого металла (элемента), и достоинством является то, что его можно уменьшить в размерах, поскольку для этого не требуется электролит. С другой стороны, его сложно разработать как перезаряжаемую батарею, потому что металл в то время вызывает рост дендритов. зарядки и инфраструктуры для утилизации.

Топливная батарея

Топливные батареи принципиально отличаются от аккумуляторных батарей, представленных до сих пор.В принципе, вы можете думать об этом как о так же, как генератор. Другими словами, продолжая подавать какое-то топливо, генератор продолжает вырабатывать электроэнергию.

Хотя есть впечатление, что вряд ли такое будет у нас, «ENE-FARM» от Panasonic является типичным примером бытовой топливной батареи. В водород, который используется в качестве топлива, и кислород воздуха взаимодействуют друг с другом с образованием воды и выработки электроэнергии. Электроэнергия генерируется обратной реакцией эксперимента по электролизу воды, проведенного в научных экспериментах.
Однако, поскольку водород имеет высокую скорость реакции и требует внимания при обращении, например, с топливной батареей, которую предполагается установить на электромобиля, его не следует накапливать, даже если водород протекает или водород не попадает в окружающую среду.

Двухслойный конденсатор

Это своего рода конденсатор, который в последние годы стал центром внимания. Как и батарея, он состоит из электрода и электролита, но когда между электродами подается напряжение (до такой степени, что электролит не разлагается), есть область, где заряд электрод и обратный знак увеличивается вокруг электрода.Затем он может хранить потенциал, как конденсатор, и это называется конденсатором с двойным электрическим слоем.

Подобно аккумуляторным батареям, он может многократно заряжаться и разряжаться, но отличается высокой скоростью заряда и разряда. потому что он только образует двойной электрический слой. Однако плотность энергии меньше по сравнению с аккумуляторными батареями.
С другой стороны, плотность энергии выше, чем у керамических конденсаторов, но номинальное напряжение ниже.

Соответствующие технические знания

Рекомендуемые товары

Matsusada может использоваться во всех типах аккумуляторных батарей и конденсаторов для разработки, оценки и тестирования.

Ссылка (японский сайт)

Батареи и характеристики элементов — Сделайте это легко с ScienceProg

Батареи — дешевый, компактный и относительно безопасный способ получить портативный источник энергии. Есть много типов батарей с разными характеристиками и назначениями.Вероятно, многие из вас слышали, что термины «батарея» и «элемент» относятся к одному и тому же. Но с технической точки зрения это разные вещи: клетка — это единое целое, в котором происходит единственная химическая реакция и вырабатывается электричество. В то же время аккумулятор — это пачка ячеек.

Номинальное напряжение элементов и напряжение батареи

Например, одну батарею AA можно назвать ячейкой, потому что это единый блок, в котором в результате одной химической реакции генерируется напряжение 1,5 В. Тем не менее, свинцово-кислотный аккумулятор автомобиля имеет шесть ячеек, производящих 2.0 В каждый, в то время как вся батарея производит 12 В. Первое, что нужно помнить, это то, что одиночный элемент может производить определенное номинальное напряжение элемента, которое зависит от химической реакции. Напротив, напряжение батареи , , , представляет собой объединенное напряжение нескольких ячеек, соединенных последовательно (или параллельно).

Емкость ячейки

Итак, мы знаем, что характеристики батареи напрямую зависят от характеристик ячеек внутри. Вторым важным параметром аккумуляторов является ёмкость ячеек , которая измеряется в ампер-часах.На меньших батареях используется мА / ч, поскольку емкость относительно мала, как у автомобильных аккумуляторов. Так что же такое емкость ячейки? Это определенное количество тока, подаваемого до того, как напряжение элемента упадет ниже заданного порога — или, проще говоря, количество энергии, высвобождаемой до того, как батарея разрядится или разрядится. Если мы возьмем простую батарею AA на 1,5 В, которая рассчитана примерно на 1000 мА / ч, это означает, что батарея может обеспечивать непрерывный ток 1 А в течение одного часа, прежде чем она разрядится и напряжение упадет примерно до 0. 9В (щелочная батарея). Обычно емкость батареи проверяется дольше, например, в течение 20 часов. Если аккумулятор рассчитан на 1 А / ч, значит, он должен обеспечивать постоянный ток 50 мА в течение двадцати часов. Если батарея разряжается быстрее, можно предположить, что ее емкость меньше, чем указано на этикетке.

Плотность мощности ячейки

Этот параметр имеет тенденцию быть очень важным сегодня, поскольку все электронное оборудование сжимается; потребность в мощности растет из-за растущей функциональности. Аккумуляторы необходимо интегрировать в устройства меньшего размера и обеспечивать большую мощность.Это настоящая головная боль для ученых о том, как вложить больше энергии в меньшее пространство. Таким образом, ячейки характеризуются другим параметром — удельная мощность , что означает емкость на единицу веса. Самые дешевые батареи, такие как угольно-цинковые, имеют самую низкую удельную мощность среди всех типов ячеек, в то время как более высокая удельная мощность принадлежит литий-ионным полимерным батареям.

Кривая разряда аккумуляторной батареи

Емкость и удельная мощность не могут дать четкого представления о качестве батареи.Дело в том, что когда батарея разряжается, ее напряжение падает в течение срока службы элемента. Различные типы ячеек имеют свои собственные кривые разряда. Как и у щелочных батарей, общее время разряда линейно падает. По линейным характеристикам легко определить, насколько разряжена батарея, но некоторым устройствам для нормальной работы требуется постоянное напряжение. Так что у других аккумуляторов есть резкие характеристики падения. Это означает, что напряжение падает в какой-то момент, когда он разряжен. А сколько разряжена батарея определить сложно.

Внутреннее сопротивление ячейки

Сопротивление присутствует везде, где протекает электрический ток. Батарейные элементы — не исключение. Каждая ячейка имеет собственное внутреннее сопротивление . Когда ток выводится из элемента, на этом внутреннем сопротивлении падает некоторое напряжение. Таким образом, каждый элемент батареи можно смоделировать как идеальный источник напряжения и резистор, соединенные последовательно. Внутреннее сопротивление является важным параметром, поскольку оно определяет максимальную скорость, с которой может потребляться энергия из элемента.Более высокий ток протекает через резистор; тем больше тепла выделяется из-за сопротивления. Если этот ток слишком велик, он может расплавить изоляцию, провода и другие элементы. То же самое и с батареями. Например, свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы имеют низкое внутреннее сопротивление, поэтому они идеально подходят для высвобождения большого количества тока во время запуска двигателя. С другой стороны, если в камерах со вспышками используются щелочные батареи, для зарядки конденсаторов вспышки требуется время. Он не может заряжаться мгновенно, так как это приведет к перегреву.И, конечно же, никакие батареи не любят быстрой разрядки из-за химических реакций. Короткое замыкание батарей может повредить батареи, а некоторые типы могут даже взорваться.

Аккумуляторная батарея

Итак, есть два типа аккумуляторов: аккумуляторные и нет. Оба они используются сегодня из-за разницы в стоимости, технологии и назначении. Поскольку все батареи сделаны из токсичных химикатов, использование перезаряжаемых элементов более вероятно, но использование перезаряжаемых батарей не всегда является проблемой.Некоторые неперезаряжаемые батареи по-прежнему имеют более высокую удельную мощность, чем могут дать аккумуляторные. И, конечно же, стоимость. Аккумуляторы дороже, но, похоже, эта разница сокращается.

Характеристики аккумулятора (автомобиль)

13,7.

Характеристики или номинальные характеристики конкретной батареи выражаются простым языком тем, какой ток она может производить и как долго она может выдерживать этот ток.Скорость производства тока аккумуляторной батареей определяется скоростью химической реакции, которая, в свою очередь, зависит от ряда факторов, таких как
(i) площадь поверхности пластин,
(ii) температура,
(iii) сила электролита и требуемый ток
(iv).
Таким образом, общая емкость батареи определяется фактическим подаваемым током, а номинал батареи определяется выходным током и временем.

Скорость разрядки аккумулятора обычно выражается в ампер-часах (Ач) и определяется током, который может подаваться непрерывно до того, как напряжение упадет ниже заданного значения (обычно 1,75 В на элемент) в течение периода непрерывной разрядки, который обычно составляет либо
10 часов или 20 часов. Таким образом, батарея номиналом 40 Ач должна иметь возможность непрерывно обеспечивать 4 ампера в течение 10 часов или 2 ампера в течение 20 часов при полной зарядке.

Резервная емкость — это система, которая сейчас используется на всех новых батареях. Это выражается как время в минутах, в течение которого батарея подает 25 А при 298 К до конечного напряжения 1,75 В на элемент. Это показывает, как долго аккумулятор может работать в автомобиле, если система зарядки не работает. Обычно батарея на 44 Ач имеет резервную емкость 60 минут.

Батареям присвоен рейтинг, указывающий на их работу при высоком выходном токе и при низкой температуре.Типичный номинал 170 А означает, что батарея способна подавать этот ток в течение одной минуты при температуре 255 К, когда напряжение элемента падает до 1,4 В.
Общая выходная мощность батареи намного больше, если она распределена по более длительное время, потому что химическая реакция протекает только с определенной скоростью. Вышеупомянутые три характеристики разряда и их сравнение представлены на рис. 13.60.
Эти методы оценки емкости в некоторой степени различаются в зависимости от используемого стандарта.Британские стандарты. Стандарты DIN и стандарты США — это всего лишь три примера. Они в целом похожи для целей сравнения, и, следовательно, дополнительная ссылка

Рис. 13.60. Сравнение разрядной характеристики аккумулятора.
следует изготавливать для конкретных приложений.
Следующие параметры являются характеристиками батареи, о которых стоит упомянуть, но они не используются для оценки батареи.

На рис. 13.61 показан идеальный источник напряжения, включенный последовательно с резистором.Эта диаграмма используется для демонстрации того, почему напряжение на клеммах батареи падает, когда на нее помещается нагрузка. В этой разомкнутой цепи через внутреннее сопротивление не проходит ток и, следовательно, не падает напряжение. Когда ток поступает от источника, происходит падение напряжения на внутреннем сопротивлении, фактическое значение которого можно рассчитать следующим образом.
Подключите вольтметр к батарее и обратите внимание на напряжение холостого хода * 1, скажем, 12,7 В. Подключите внешнюю нагрузку к батарее и измерьте ток, скажем, 50 А.Снова обратите внимание на напряжение на клеммах батареи под нагрузкой, скажем, 12,2 В. Внутреннее сопротивление батареи равно;


Рис. 13.61. Идеальный источник напряжения, включенный последовательно с резистором.
В этом примере внутреннее сопротивление становится 0,01 Ом. Внутреннее сопротивление батареи изменяется в зависимости от температуры и состояния заряда. Его можно использовать как индикатор состояния батареи. Чем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, тем лучше его состояние.

Эффективность батареи можно рассчитать либо как эффективность в ампер-часах, либо как энергоэффективность. Эффективность
Ач = (разрядка Ач / зарядка Ач) x 100%
При 20-часовом режиме КПД в ампер-часах может составлять около 90 процентов. Этот показатель эффективности обычно выражается обратной величиной, называемой коэффициентом заряда. В этом примере коэффициент заряда составляет около 1,1.

Энергоэффективность ниже, чем эффективность в ампер-часах, поскольку она учитывает более высокое напряжение, необходимое для принудительного заряда аккумулятора. Типичное значение этого КПД составляет около 75 процентов.

Все аккумуляторы страдают от саморазряда, т. Е. Состояние заряда снижается даже без внешней цепи. Скорость разряда увеличивается с температурой и возрастом батареи и составляет от 0,2% до 1% от емкости Ач в день. Саморазряд возникает из-за изменения химического процесса внутри батареи, поскольку материал решеток образует гальванические пары короткого замыкания между сурьмой и активным материалом.Чтобы уменьшить это, кальций используется в качестве механического улучшителя для свинцовых решеток. Примеси в электролите, в частности, следы металлов, таких как железо, также могут способствовать саморазряду. Токи утечки через верхнюю часть батареи, особенно из-за плохой чистоты, также способствуют саморазряду. Пары кислоты вместе с частицами пыли могут образовывать проводящую пленку. В герметичных батареях эта проблема значительно сокращается.

Что такое аккумулятор? — Определение от WhatIs.

Батарея — это электрохимический элемент (или закрытый и защищенный материал), который может заряжаться электрически для создания статического потенциала для питания или высвобождения электрического заряда, когда это необходимо.