Причины разрядки аккумулятора: Причины быстрой разрядки автомобильного аккумулятора — Рамблер/авто

  2PbSO  4  + 2H  2  O => PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4   

  PbO  2  + Pb + 2H  2  SO  4  => 2PbSO  4  + 2H  2  O  

Из-за электронного обмена на аноде и катоде нарушается электронный баланс на пластинах.Затем электроны проходят через нагрузку, и батарея разряжается.

Во время этого разряда гравитационная концентрация разбавленной серной кислоты уменьшается. Также, в то же время, разность потенциалов ячейки уменьшается.

Фактор риска и электрические рейтинги

Свинцово-кислотная батарея вредна, если не обслуживается безопасно. Поскольку батарея вырабатывает газообразный водород во время химического процесса, она очень опасна, если не используется в проветриваемом помещении.Кроме того, неточная зарядка серьезно повредит аккумулятор.

Каковы стандартные характеристики свинцово-кислотной батареи?

Каждая свинцово-кислотная батарея снабжена спецификацией для стандартного тока заряда и тока разряда. Как правило, свинцово-кислотная батарея 12 В, которая применима для автомобильной промышленности, может быть в диапазоне от 100 до 350 Ач. Этот рейтинг определяется как рейтинг разряда с 8-часовым периодом времени.

Например, аккумуляторная батарея емкостью 160 Ач может выдавать ток питания 20 А на нагрузку в течение 8 часов диапазона .Мы можем привлечь больше внимания, но это не рекомендуется. Потребление тока, превышающего максимальный ток разряда в течение 8 часов, приведет к снижению эффективности батареи, а также может измениться внутреннее сопротивление батареи, что еще больше повысит температуру батареи.

С другой стороны, во время фазы зарядки мы должны быть осторожны с полярностью зарядного устройства , оно должно быть правильно связано с полярностью батареи. Обратная полярность опасна для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.Готовое зарядное устройство поставляется с зарядным напряжением и измерителем зарядного тока с опцией управления. Мы должны обеспечить большее напряжение, чем напряжение аккумулятора, чтобы зарядить аккумулятор. Максимальный ток зарядки должен быть таким же, как максимальный ток питания при 8 часах разряда. Если взять тот же пример 12 В 160 Ач, то максимальный ток питания составляет 20 А, поэтому максимальный безопасный зарядный ток составляет 20 А.

Мы не должны увеличивать или предоставлять большой зарядный ток , так как это приведет к нагреву и увеличению выработки газа.

Правила эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов

1. Полив — самая игнорируемая особенность технического обслуживания свинцово-кислотных аккумуляторов. Поскольку избыточная зарядка уменьшает воду, мы должны часто проверять это. Меньшее количество воды создает окисление в пластинах и уменьшает срок службы батареи. При необходимости добавьте дистиллированную или ионизированную воду.
2. Проверьте наличие вентиляционных отверстий, они должны быть отточены с помощью резиновых колпачков, часто резиновые колпачки слишком плотно прилипают к отверстиям.
3. Перезаряжайте свинцово-кислотные батареи после каждого использования. Длительный период без подзарядки обеспечивает сульфатирование в пластинах.
4. Не замораживайте аккумулятор и не заряжайте его более чем на 49 градусов. В холодных условиях батареи должны быть полностью заряжены, так как полностью заряженные батареи безопаснее, чем разряженные батареи в отношении замерзания.
5. Не подвергайте глубокую разрядку батареи менее 1,7 В на элемент.
6. Для хранения свинцово-кислотного аккумулятора его необходимо полностью зарядить, а затем слить электролит.Тогда батарея станет сухой и может храниться в течение длительного периода времени.

Как безопасно разрядить батарею LiPo

Неизбежно, одна из ваших батарей LiPo выйдет из строя. Независимо от того, будет ли он зацикливаться слишком много раз или пыхтит от особенно сильной аварии, в конечном итоге вы останетесь с аккумулятором, который больше не безопасен для использования. Даже при правильном уходе при зарядке большинство батарей LiPo не будут работать дольше, чем год или два, если вы будете постоянно летать несколько раз в неделю.

Когда вы решите, что батарея больше не может летать, пора разрядить батарею и безопасно ее утилизировать.В этой статье будут рассмотрены несколько способов безопасной разрядки батареи LiPo, а также варианты утилизации. Мы настоятельно рекомендуем проверить местные законы и правила, в которых вы живете, прежде чем проходить какие-либо процессы, описанные ниже.

Безопасность — вот ключ. Во многих случаях вы будете работать с нестабильным LiPo, и вам нужно быть очень осторожным. Мы рекомендуем ознакомиться с нашей статьей «Как батареи LiPo взрываются» перед тем, как разрядить свой первый LiPo.

Независимо от того, какую методологию вы используете, всегда разряжайте аккумулятор в безопасном месте.Если возможно, мы рекомендуем завершить этот процесс снаружи, используя батарейный бункер. Если вы разряжаете поврежденные батареи, будьте предельно осторожны, чтобы защитить себя и имущество, прежде чем выполнять какие-либо из перечисленных ниже действий.

При разгрузке я перемещаю свой бункер с батареями наружу и от всего, что может воспламениться в качестве дополнительной меры безопасности.

Использование зарядного устройства в качестве разрядника

Большинство зарядных устройств на рынке имеют функцию разрядки, которую можно использовать для безопасной разрядки батареи LiPo.Переключите настройку зарядного устройства с «Charge» или «Balance Charge» на «Discharge», установите малый ток на 0,5A-1A и вперед! Это быстрый способ безопасной разрядки LiPo-батарей, срок службы которых истекает.

Однако следует помнить несколько вещей. Большинство зарядных устройств не полностью разряжают батарею, так как обычно цикл разрядки разряжает батарею до минимального напряжения. Причина в том, что эти функции обычно предназначены для подведения батареи к минимальному безопасному напряжению до того, как произойдет повреждение, а не для полного отключения батареи.При утилизации батарей, вы хотите сделать последнее.

По этой причине мы рекомендуем использовать один из альтернативных методов, описанных ниже, для разрядки «разряженных» батарей. Если вы решили использовать свое зарядное устройство для разрядки поврежденного LiPo, сделайте это снаружи и вдали от легковоспламеняющихся материалов или используйте бункер батареи из бетонных шлакоблоков или вентилируемый ящик с боеприпасами.

Использование галогенной лампочки в качестве разрядника LiPo

Разрядник для лампочек — отличный инструмент для добавления на рабочий стол.Они могут быть построены очень дешево и позволяют разряжать батарею LiPo практически в любом месте. Теория проста: лампочка будет медленно разряжать аккумулятор до безопасного напряжения. Если батарея разряжена настолько, что она не может питать лампочку, от нее будет безопасно избавиться.

Построить просто. Все, что вам нужно, — это штекерный разъем XT60, два провода (мы использовали тот же датчик, что и у наших батарей: 14AWG), галогенную лампочку (нам нравятся лампы 12 В, 20 Вт для озеленения или задних фонарей автомобилей), а также некоторые термоусадки и пайки.

Несколько простых деталей облегчают использование разрядника аккумулятора.

Почему галогеновая лампочка? Светодиодные лампы слишком эффективны, и для завершения процесса потребуется больше времени. Вы можете купить галогенные лампы у Amazon или почти в любом хозяйственном магазине очень дешево. Недостатком является то, что эти батареи сильно нагреваются во время процесса разрядки.

Список покупок

Цена грубого строительства

Цены могут измениться из-за списков Amazon, но это цены на момент написания.

Все вышеперечисленные варианты применимы к Amazon Prime, поэтому доставка будет включена. За исключением лампочек, все эти предметы очень полезны для ремонта квадрокоптера и будут работать в нескольких сборках. На самом деле, вы можете иметь большинство этих компонентов уже, если вы были в хобби немного!

Еще одна приятная вещь в создании разрядника LiPo заключается в том, что вы можете использовать запасную лампочку, чтобы также создать себе грубую дымовую пробку. Два к одному!

Процесс сборки

Базовая планировка.Просто добавьте припой!

• Заполните чашки с разъемами XT60 для пайки. Разрежьте, зачистите и оловянную проволоку.
  • Для этого мы предпочитаем использовать длину провода от 7,6 до 15,2 см в зависимости от ваших настроек.
• Провода припоя к разъему XT60: красный к положительной чашке, черный к отрицательной чашке.
• Установите термоусадку на другой конец провода и сожмите на месте поверх паяных точек на разъеме XT60.
• Припой лампочку к проводам, вставив зубцы в жилы и добавив припой.Заказ проводов здесь не имеет значения, просто убедитесь, что положительные и отрицательные провода не соприкасаются. Не используйте термоусадку — она ​​сгорит, так как свет может сильно нагреваться.

Рекомендуется использовать не менее 3 дюймов или 6 см провода. Если свет гаснет, просто немного отрежьте провода назад, чтобы лампочка разрядилась и припаялась на новую лампочку.

Вы можете стать более продвинутым со своей лампочкой, если хотите. Вы можете использовать макет для горячей замены ламп или даже припаять несколько ламп, чтобы увеличить потребление энергии для батарей большего размера.Тем не менее, описанный выше процесс сборки будет работать почти для всех батарей 3S и 4S, займет всего несколько минут и является самой дешевой установкой.

Использование разрядника лампочек

Теперь, когда у вас есть законченный разрядник, как вы его используете? Вставьте аккумулятор, который вы хотите разрядить, в разрядник, и лампочка должна светиться. Просто подождите, пока погаснет лампочка, и аккумулятор разрядится! Это так просто!

Процесс выгрузки LiPo.

Теперь, как и при использовании вашего зарядного устройства, есть несколько предостережений. Во-первых, лампочка будет очень жарко. Мы измерили 350C с помощью нашего инфракрасного пистолета! Это достаточно горячо, чтобы мгновенно сжечь вас, а может быть и достаточно, чтобы вызвать самовозгорание, если вы положите его на какую-то бумагу или что-то в этом роде. Убедитесь, что вы выбрали место для разгрузки, которое является теплостойким (опять же, мы рекомендуем бункер для шлакобетона или ящик с боеприпасами).

Если проблема связана с высокой температурой, можно использовать свет внутри кувшина с водой, чтобы сгореть.Проблема в том, что провода на лампе со временем будут гальванически корродировать, и вам придется заменять лампу каждые 5-10 батарей. Хотя это и не рекомендуемый нами метод, это может сработать в крайнем случае, если вы находитесь на поле и не хотите перевозить поврежденную батарею домой и довольно аккуратны при загрузке.

Выгрузка в ванну с соленой водой

Последний способ разрядить аккумулятор — погрузить его в ванну с соленой водой на длительный период времени.При этом батарея будет медленно разряжаться до полностью разряженного состояния. Процесс прост. Захват пластмассовое ведро, залить смесью воды и соли (не более 10: 1), полностью погружать батарею в смеси соли и поместите ведро где-нибудь огнестойкими. Соленая вода является проводящей и должна медленно разряжать оставшуюся часть батареи. Через день или два батарея должна быть полностью разряжена.

Этот метод также можно использовать, если вы абсолютно хотите снять все избыточное напряжение с аккумулятора и подойти как можно ближе к этому 0.0V номер. Тем не менее, он не должен использоваться для батарей, которые имеют физические повреждения элементов, такие как проколы.

Прощай, плохой аккумулятор! Трудно увидеть небольшой след пузырьков, выходящих из проводов. Как только это прекратится, мы можем проверить с помощью мультиметра, чтобы убедиться, что 0,0 В

Вы можете подумать: «зачем мне тратить время на то, чтобы сделать разрядник для лампочки или рискнуть подключить небезопасную батарею к зарядному устройству, если я могу просто бросить батарею в соляную ванну и уйти?» Это действительно связано с терпением.Чтобы полностью разрядить аккумуляторы, вам необходимо подождать, пока они полностью разрядятся, а метод лампочки может привести их в почти мертвое состояние за считанные минуты. Кроме того, батареи большей емкости могут гальванически разрушать открытые разъемы / провода до полной разрядки батареи, оставляя ее заряженной и небезопасной.

Разрядка через зарядное устройство или лампочку будет несколько затруднена, если вы разбили свой разъем XT60 в случае сильного сбоя. Что делать в этом случае?

У вас есть несколько вариантов.Возможно, самый простой вариант — взять запасной разъем XT60 и подключить провода аккумулятора. После утилизации нескольких батарей у вас должно быть множество таких разъемов. Точно так же вы можете просто припаять свет непосредственно к батарее.

В любом случае, обязательно примите меры предосторожности, чтобы положительные и отрицательные провода аккумулятора не соприкасались. Нам нравится обматывать один провод изолентой или термоусадкой, работая на другом. Это должно предотвратить пересечение проводов.

Прежде чем выбросить аккумулятор в мусорное ведро или солевую ванну, вы можете спасти оставшиеся неразорванные разъемы. Наличие запасного банка XT60 и разъемов баланса может пригодиться для ремонта батарей в будущем.

Для этого осторожно используйте кусачки, чтобы отрезать разъемы. Нам нравится резать каждый провод под углом по одному, чтобы провода не соприкасались.

Мы рекомендуем сначала разрядить аккумулятор, затем вынуть все разъемы, прежде чем положить аккумулятор в соляную ванну.Точно так же вы можете сократить эти углы близко к батарее, чтобы спасти провода! Разрядник LiPo, который я построил для этой статьи, использовал спасенные провода батареи. Если у вас есть куча запасных частей и вы можете спасти какой-то провод, вы можете сделать разрядник очень дешево!

Если ваши весы не повреждены, вы также можете их спасти. Не беспокойтесь, если они сломаны или расколоты каким-либо образом.

Это вопрос, который возникает на многих форумах и видео по разрядке аккумулятора.Допустим, вы проверили свою батарею и, возможно, сломался только один элемент. Теоретически, вы можете удалить другие элементы и сделать новую батарею для меньшего квадрата, защитных очков и т. Д.

Мы рекомендуем это?

Нет. Большинству пилотов мы не рекомендуем пытаться спасти рабочие клетки. Я уверен, что есть несколько человек, которые возражают против того, чтобы тратить то, что могло бы быть совершенно хорошими клетками, но для большинства любителей, мы не думаем, что ценность перевешивает риски.

В Интернете существует множество других ресурсов для извлечения элементов из разряженных батарей, и вы обязательно можете посетить Google и проверить их, если вам это интересно.

Хорошо, значит, ваша батарея была безопасно разряжена, и вы готовы избавиться от нее. Как вы должны это сделать?

Возьмите в местном магазине хобби или магазине электроники

Наш личный любимый способ утилизации батарей. Многие хобби-магазины и магазины электроники предлагают коробки для утилизации батарей, которые вы можете использовать для безопасной утилизации батареи. Бросьте разряженную батарею в коробку, и все готово.

Отвезти в пункт утилизации

Наконец, вы можете взять батарею в местный центр утилизации электроники.В зависимости от вашего города, они могут вращаться в разных местах или по контракту с конкретным магазином или свалке. Проверьте веб-сайт вашего города для более подробной информации. В отличие от других вариантов, мы обнаружили, что в некоторых центрах утилизации может взиматься плата за уничтожение батареи, поэтому, если вы можете, мы рекомендуем позвонить заранее, чтобы узнать, так ли это.

выбросить в мусорное ведро… возможно

В зависимости от региона вы можете выбросить полностью разряженную батарею прямо в домашний мусорный бак.Однако это сильно варьируется от страны к стране, от штата к штату и даже от города к городу. Проверьте местные законы, прежде чем выбрасывать батарейки в мусорную корзину. Если ваши местные законы не являются специфическими для LiPos, вы всегда можете позвонить в службу сбора мусора для получения дополнительной информации и рекомендаций.

Старый стиль нейтрализации батареи пронизывал все клетки гвоздем.

Не делайте этого дома, дети. Это очень непредсказуемый метод, который может привести к возгоранию аккумулятора или, что еще хуже, взрыву.

— Как определить и протестировать аккумулятор

Технические характеристики, стандарты и реклама

могут рекламироваться как параметры Long Life, High Capacity, High Energy, Deep Cycle, Heavy Duty, Fast Charge, Quick Charge, Ultra и другие, плохо определенные параметры, и существует немного отраслевых или юридических стандартов, определяющих, что именно означает каждый из этих терминов. средства.Рекламные слова могут означать то, что продавец хочет, чтобы они имели в виду. Помимо базовой конструкции батареи, производительность фактически зависит от того, как используются батареи, а также от условий окружающей среды, в которых они используются, но эти условия редко, если вообще когда-либо, указываются в рекламе на массовом рынке. Для потребителя это может быть очень запутанным или вводящим в заблуждение. Сама отрасль аккумуляторов, однако, не использует такие расплывчатые термины для определения характеристик аккумулятора, и спецификации, как правило, включают в себя утверждение, определяющее или ограничивающее условия эксплуатации или условия окружающей среды, в которых могут быть достигнуты заявленные характеристики.

В следующем разделе описаны основные параметры, используемые для характеристики элементов или батарей, и показано, как эти параметры могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Кривые сброса

Energy были разработаны для широкого спектра применений с использованием различных технологий, что обеспечивает широкий диапазон доступных рабочих характеристик.На приведенных ниже графиках показаны некоторые из основных факторов, которые инженер-разработчик должен учитывать при выборе батареи для соответствия требованиям к производительности конечного продукта.

Cell Chemistry

Номинальное напряжение гальванического элемента определяется электрохимическими характеристиками активных химикатов, используемых в элементе, так называемой химией элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на клеммах в любое конкретное время, как и в любой ячейке, зависит от тока нагрузки и внутреннего сопротивления ячейки, и оно изменяется в зависимости от температуры, состояния заряда и от возраста ячейки.

На приведенном ниже графике показаны типичные кривые разряда-разряда для ячеек, использующих диапазон химии ячеек при разряде со скоростью 0,2 ° С. Обратите внимание, что у каждого элемента ячейки есть свое собственное номинальное напряжение и кривая разряда. Некоторые химические вещества, такие как литий-ионные, имеют довольно плоскую кривую разряда, в то время как другие, такие как свинцовая кислота, имеют ярко выраженный наклон.

Мощность, выдаваемая ячейками с наклонной кривой разряда, постепенно уменьшается в течение всего цикла разряда.Это может привести к проблемам для приложений с высокой мощностью к концу цикла. Для приложений с низким энергопотреблением, где требуется стабильное напряжение питания, может потребоваться установка регулятора напряжения, если наклон слишком крутой. Это обычно не вариант для приложений с высокой мощностью, поскольку потери в регуляторе лишают батарею еще большей мощности.

Плоская кривая разрядки упрощает конструкцию приложения, в котором используется батарея, поскольку напряжение питания остается достаточно постоянным на протяжении всего цикла разрядки.Наклонная кривая облегчает оценку состояния заряда батареи, поскольку напряжение элемента может использоваться как мера оставшегося заряда в элементе. Современные литий-ионные элементы имеют очень плоскую разрядную кривую, и для определения состояния заряда необходимо использовать другие методы

Ось X показывает характеристики ячейки, нормализованные в процентах от емкости ячейки, так что форма графика может отображаться независимо от фактической емкости ячейки.Если бы ось X была основана на времени разряда, длина каждой кривой разряда была бы пропорциональна номинальной емкости элемента.

Температурные характеристики

Производительность ячейки может резко измениться с температурой. В нижнем пределе, в батареях с водными электролитами, сам электролит может замерзнуть, устанавливая нижний предел рабочей температуры. При низких температурах литиевые батареи страдают от литиевого покрытия анода, что приводит к постоянному снижению емкости.В крайнем случае активные химические вещества могут разрушаться, разрушая батарею. В промежутке между этими пределами производительность ячейки обычно улучшается с температурой. См. Также Управление температурой и Срок службы батареи для получения более подробной информации.

На приведенном выше графике показано, как ухудшаются рабочие характеристики литий-ионных аккумуляторов при снижении рабочей температуры.

Вероятно, более важным является то, что как для высоких, так и для низких температур, чем дальше рабочая температура от комнатной температуры, тем больше срок службы цикла ухудшается.См. Отказы литиевых батарей.

Характеристики саморазряда

Скорость саморазряда — это мера того, как быстро клетка теряет свою энергию, сидя на полке из-за нежелательных химических воздействий внутри клетки. Скорость зависит от химического состава клеток и температуры.

Cell Chemistry

Ниже показан типичный срок годности некоторых первичных ячеек:

• Цинк-карбон (Leclanché) от 2 до 3 лет
• щелочной 5 лет
• литий 10 лет или более

Типичные скорости саморазряда для обычных перезаряжаемых элементов следующие:

• Свинцово-кислотные от 4% до 6% в месяц
• никель-кадмий от 15% до 20% в месяц
• никель-металлогидрид 30% в месяц
• литий от 2% до 3% в месяц

Температурные эффекты

Скорость нежелательных химических реакций, которые вызывают внутреннюю утечку тока между положительным и отрицательным электродами ячейки, как и все химические реакции, увеличивается с температурой, увеличивая тем самым скорость саморазряда батареи.Смотрите также Срок службы батареи. График ниже показывает типичные скорости саморазряда для литий-ионной батареи.

Внутренний импеданс

Внутренний импеданс ячейки определяет ее токонесущую способность. Низкое внутреннее сопротивление допускает большие токи.

Батарея Эквивалентная Схема

Диаграмма справа показывает эквивалентную схему для энергетической ячейки.

• Rm — это сопротивление металлического пути через ячейку, включая клеммы, электроды и соединения.
• Ra — это сопротивление электрохимического тракта, включая электролит и сепаратор.
• Cb — это емкость параллельных пластин, которые образуют электроды ячейки.
• Ri — нелинейное контактное сопротивление между пластиной или электродом и электролитом.

Типичное внутреннее сопротивление составляет порядка миллиом Ом.

Влияние внутреннего сопротивления

Когда ток протекает через элемент, на внутреннем сопротивлении элемента падает ИК-напряжение, которое уменьшает напряжение на клемме элемента во время разряда и увеличивает напряжение, необходимое для зарядки элемента, тем самым снижая его эффективную емкость, а также уменьшая его заряд. эффективность разряда.Более высокие скорости разряда приводят к более высоким внутренним падениям напряжения, что объясняет более низкие кривые разряда напряжения при высоких скоростях C. См. «Ставки разряда» ниже.

На внутренний импеданс влияют физические характеристики электролита: чем меньше гранулированный размер материала электролита, тем ниже импеданс. Размер зерна контролируется производителем ячейки в процессе измельчения.

Спиральная конструкция электродов часто используется для максимизации площади поверхности и, таким образом, уменьшения внутреннего импеданса.Это уменьшает тепловыделение и позволяет быстрее заряжать и разряжать.

Внутреннее сопротивление гальванического элемента зависит от температуры и уменьшается по мере повышения температуры из-за увеличения подвижности электронов. График ниже является типичным примером.

Таким образом, элемент может быть очень неэффективным при низких температурах, но эффективность повышается при более высоких температурах из-за более низкого внутреннего импеданса, а также из-за повышенной скорости химических реакций.Однако, к сожалению, более низкое внутреннее сопротивление также приводит к увеличению скорости саморазряда. Кроме того, срок службы цикла ухудшается при высоких температурах. Некоторая форма нагрева и охлаждения может потребоваться для поддержания элемента в ограниченном температурном диапазоне для достижения оптимальной производительности в приложениях с высокой мощностью.

Внутреннее сопротивление большинства клеточных химикатов также имеет тенденцию значительно увеличиваться к концу цикла разряда, поскольку активные химикаты переводятся в свое разряженное состояние и, следовательно, эффективно расходуются.Это главным образом ответственно за быстрое падение напряжения элемента в конце цикла разряда.

Кроме того, эффект нагрева Джоуля потерь I ² R во внутреннем сопротивлении элемента вызовет повышение температуры элемента.

Падение напряжения и потери I ² R могут быть незначительными для 1000 мАч, питающего мобильный телефон, но для автомобильной батареи 100 Ач на 200 Ач они могут быть существенными.Типичное внутреннее сопротивление для литиевой батареи мобильного телефона емкостью 1000 мА составляет от 100 до 200 мОм и около 1 мОм для литиевой батареи 200 Ач, используемой в автомобильной батарее. Смотрите пример.

При работе со скоростью C падение напряжения на ячейку в обоих случаях составит около 0,2 В (немного меньше для мобильного телефона). Потери I ² R в мобильном телефоне будут между 0,1 и 0,2 Вт. Однако в автомобильном аккумуляторе падение напряжения на всей батарее составит 20 Вольт, а потеря мощности ² R рассеивается, так как тепло внутри батареи составит 40 Вт на элемент или 4 кВт на всю батарею.Это в дополнение к теплу, генерируемому электрохимическими реакциями в клетках.

С возрастом элемента сопротивление электролита возрастает. Старение также приводит к ухудшению поверхности электродов и увеличению контактного сопротивления, и в то же время эффективная площадь пластин уменьшается, уменьшая ее емкость. Все эти эффекты увеличивают внутренний импеданс клетки, отрицательно влияя на ее способность выполнять.Сравнение фактического импеданса ячейки с ее импедансом, когда она была новой, можно использовать для определения меры или представления возраста ячейки или ее эффективной емкости. Такие измерения намного удобнее, чем разрядка ячейки, и могут быть выполнены без разрушения испытуемой ячейки. См. «Тестирование сопротивления и проводимости»

Внутреннее сопротивление также влияет на эффективную емкость элемента.Чем выше внутреннее сопротивление, тем выше потери при зарядке и разрядке, особенно при больших токах. Это означает, что при высоких скоростях разряда ниже доступная емкость ячейки. И наоборот, если он разряжается в течение длительного периода, емкость AmpHour выше. Это важно, потому что некоторые производители указывают емкость своих батарей при очень низких скоростях разряда, что делает их намного лучше, чем они есть на самом деле.

тариф разряда

Кривые разряда для ионно-литиевого элемента ниже показывают, что эффективная емкость элемента уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда).Это называется смещением емкости, и этот эффект является общим для большинства клеточных химий.

Battery Load

Эффективность разрядки аккумулятора зависит от нагрузки, которую должен обеспечивать аккумулятор.

Если разрядка происходит в течение длительного периода времени, равного нескольким часам, как в некоторых высокоскоростных приложениях, таких как электромобили, эффективная емкость аккумулятора может быть в два раза выше указанной емкости при уровне C.Это может быть наиболее важным при определении размеров дорогой батареи для использования с высокой мощностью. Емкость аккумуляторов бытовой электроники с низким энергопотреблением обычно указывается для разряда со скоростью C, тогда как SAE использует разряд в течение 20 часов (0,05 ° C) в качестве стандартного условия для измерения емкости Amphour автомобильных аккумуляторов. Приведенный ниже график показывает, что эффективная емкость свинцово-кислотного аккумулятора с глубоким разрядом почти удваивается, поскольку скорость разряда снижается с 1,0 ° С до 0.05C. При времени разряда менее одного часа (высокая скорость C) эффективная емкость резко падает.

На эффективность зарядки также влияет скорость зарядки. Объяснение причин этого приведено в разделе «Время зарядки».

Из этого графика можно сделать два вывода:

• Следует соблюдать осторожность при сравнении характеристик емкости батареи, чтобы убедиться, что используются сопоставимые скорости разряда.
• В автомобильном приложении, если высокие скорости тока регулярно используются для жесткого ускорения или для подъема на гору, дальность действия транспортного средства будет уменьшена.

Рабочий цикл

Рабочие циклы различны для каждого приложения. Приложения EV и HEV накладывают определенные, переменные нагрузки на батарею. Смотрите пример нагрузочного тестирования.Стационарные батареи, используемые в распределенных системах хранения энергии, могут иметь очень большие изменения SOC и много циклов в день.

Важно знать, сколько энергии используется за цикл, и рассчитывать максимальную пропускную способность и мощность, а не среднее значение.

Примечания: Для информации

• Типичный маленький электрический автомобиль потребляет от 150 до 250 Вт энергии на милю при нормальной езде.Таким образом, для диапазона 100 миль при 200 Вт / ч требуется батарея емкостью 20 кВт / ч.
• В гибридном электромобиле используются аккумуляторы меньшего размера, но они могут потребоваться для работы при очень высоких скоростях разряда до 40 ° C. Если транспортное средство использует рекуперативное торможение, аккумулятор также должен принимать очень высокие скорости зарядки, чтобы быть эффективными. См. Раздел о конденсаторах для примера того, как это требование может быть выполнено.

Уравнение Пейкерта

Уравнение Пейкерта — это удобный способ охарактеризовать поведение ячейки и количественную оценку смещения емкости в математических терминах.

Это эмпирическая формула, которая аппроксимирует, как доступная емкость батареи изменяется в зависимости от скорости разряда. C = I ⁿ T, ​​где «C» — теоретическая емкость батареи, выраженная в ампер-часах, «I» — ток, «T» — время, а «n» — число Пейкерта, постоянная для данного значения. аккумулятор. Уравнение показывает, что при более высоких токах в батарее меньше доступной энергии. Число Пейкерта напрямую связано с внутренним сопротивлением батареи.Более высокие токи означают больше потерь и меньше доступной емкости.

Значение числа Пейкерта показывает, насколько хорошо батарея работает при постоянных сильных токах. Значение, близкое к 1, указывает на то, что батарея работает хорошо; чем выше число, тем больше емкость теряется при разрядке батареи при высоких токах. Число Пейкерта батареи определяется опытным путем. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это число обычно составляет от 1,3 до 1,4

Приведенный выше график показывает, что эффективная емкость аккумулятора уменьшается при очень высоких скоростях непрерывной разрядки.Однако при прерывистом использовании батарея успевает восстановиться в периоды покоя, когда температура также вернется к уровню окружающей среды. Из-за этого потенциала восстановления уменьшение емкости меньше, а эффективность работы выше, если батарея используется периодически, как показано пунктирной линией.

Это обратное поведение двигателя внутреннего сгорания, который работает наиболее эффективно с постоянными постоянными нагрузками.В этом отношении электроэнергия является лучшим решением для транспортных средств доставки, которые подвержены постоянным перебоям.

Ragone Plots

График Ragone полезен для характеристики компромисса между эффективной мощностью и мощностью. Обратите внимание, что графики Ragone обычно основаны на логарифмических масштабах.

График ниже показывает превосходную плотность гравиметрической энергии литий-ионных элементов.Отметим также, что литий-ионные элементы с литий-титанатными анодами (Altairnano) обеспечивают очень высокую плотность мощности, но при этом удручающую плотность.

Плотность энергии и мощности — Ragone Plot

Источник Альтаирнано

На графике Ragone ниже сравниваются характеристики ряда электрохимических устройств.Это показывает, что ультраконденсаторы (суперконденсаторы) могут обеспечивать очень высокую мощность, но емкость хранилища очень ограничена. С другой стороны, топливные элементы могут хранить большое количество энергии, но имеют относительно низкую выходную мощность.

Ragone Участок электрохимических устройств

Наклонные линии на графиках Ragone указывают относительное время, когда заряд поступает или выходит из устройства.С одной стороны, мощность может быть накачана или извлечена из конденсаторов в микросекундах. Это делает их идеальными для захвата энергии рекуперативного торможения в электромобилях. С другой стороны, топливные элементы имеют очень плохие динамические характеристики, для генерации и доставки энергии которых требуются часы. Это ограничивает их применение в приложениях EV, где они часто используются в сочетании с батареями или конденсаторами для решения этой проблемы. Литиевые батареи находятся где-то посередине и обеспечивают разумный компромисс между ними.

См. Также Сравнение альтернативных источников энергии.

Импульсное исполнение

Возможность доставки сильноточных импульсов является требованием многих батарей. Токонесущая способность ячейки зависит от эффективной площади поверхности электродов. (См. Компромиссы энергии / мощности). Предел тока, однако, устанавливается скоростью, с которой химические реакции происходят внутри клетки.Химическая реакция или «перенос заряда» происходит на поверхности электродов, и начальная скорость может быть довольно высокой, поскольку химические вещества, расположенные рядом с электродами, трансформируются. Однако, как только это произошло, скорость реакции ограничивается скоростью, с которой активные химические вещества на поверхности электрода могут пополняться путем диффузии через электролит в процессе, известном как «массоперенос». Тот же принцип применяется к процессу зарядки и более подробно объясняется в разделе «Время зарядки».Следовательно, импульсный ток может быть существенно выше, чем частота С, которая характеризует характеристики непрерывного тока.

Cycle Life

Это один из ключевых параметров производительности ячейки, который указывает ожидаемый срок службы ячейки.

Срок службы цикла определяется как число циклов, которое элемент может выполнить, прежде чем его емкость упадет до 80% от его первоначальной указанной емкости.

Каждый цикл зарядки-разрядки и связанный с ним цикл преобразования активных химических веществ, которые он вызывает, сопровождается медленным ухудшением химических веществ в элементе, которое будет почти незаметно для пользователя. Это ухудшение может быть результатом неизбежных, нежелательных химических воздействий в клетке или росте кристалла или дендрита, изменяющих морфологию частиц, составляющих электроды. Оба эти события могут иметь эффект уменьшения объема активных химических веществ в клетке и, следовательно, его емкости, или увеличения внутреннего сопротивления ячейки.

Обратите внимание, что элемент не умирает внезапно в конце указанного срока службы цикла, но продолжает медленно ухудшаться, так что он продолжает нормально функционировать, за исключением того, что его емкость будет значительно меньше, чем была, когда он был новым.

Срок службы цикла, как определено, является полезным способом сравнения батарей в контролируемых условиях, однако он может не дать наилучшего показателя срока службы батарей в реальных условиях эксплуатации.Ячейки редко эксплуатируются в последовательных, полных циклах зарядки-разрядки, они гораздо чаще подвергаются частичной разрядке различной глубины до полной зарядки. Поскольку в частичных разрядах участвует меньшее количество энергии, батарея может выдерживать гораздо большее количество мелких циклов. Такие циклы использования типичны для гибридных электромобилей с рекуперативным торможением. Посмотрите, как продолжительность цикла зависит от глубины разряда (DOD) в разделе Срок службы батареи.

Срок службы также зависит от температуры, как рабочей, так и температуры хранения.Подробнее смотрите в разделе «Отказы литиевых батарей».

Общая пропускная способность энергии

Более показательным показателем срока службы батареи является Lifetime Energy Throughput . Это общее количество энергии в ваттах, которое может быть введено и извлечено из батареи за все циклы в течение срока ее службы, прежде чем ее емкость снизится до 80% от ее первоначальной емкости в новом состоянии.Это зависит от химического состава клеток и условий эксплуатации. К сожалению, эта мера пока не широко используется производителями элементов питания и еще не была принята в качестве отраслевого стандарта аккумуляторов. До тех пор, пока он не станет общепринятым, его нельзя будет использовать для сравнения характеристик элементов разных производителей, но, по мере возможности, он по крайней мере предоставляет более полезное руководство для инженеров-прикладников для оценки срока полезного использования используемых батарей. в своих конструкциях.

См. Также Состояние здоровья (SOH) и Расчетное время автономной работы

Deep Discharge

Срок службы цикла уменьшается с увеличением глубины разряда (DOD) (см. Срок службы батареи), и многие химические элементы не допускают глубокого разряда, и при полном разряде элементы могут быть повреждены без возможности восстановления.Для максимального увеличения потенциального DOD батарей глубокого цикла требуются специальные конструкции ячеек и химические смеси.

Характеристики зарядки

Кривые зарядки и рекомендуемые методы зарядки включены в отдельный раздел «Зарядка