Добрый день всем новичкам. Сегодня речь пойдет про аккумуляторы напряжения. Аккумуляторами называют химические источники тока, в которых в последствии обратимых химических реакций внутреняя энергия превращается в электрическую. Именно из-за обратимости данной реакции, аккумуляторы можно заряжать и разряжать. Аккумуляторы созданы для накопления электрического тока и нашли широкое применение в самых разных областях. Без них трудно представить нашу жизнь, они везде окружают нас. предназначены для многократного использования и имеют достаточно большой срок службы. Простейший аккумулятор - это два электрода которые сделаны из разных металлов и поглощены в раствор электролита (кислоты). Один из электродов называют катодом, а другой анодом.
В практике чаще всего применяют свинцовые и литиевые аккумуляторы. Свинцовый аккумулятор выполнен из двух свинцовых пластинок которые поглощены в серную кислоту. Аккумулятор имеют разное напряжение, например один блок (банка) свинцового аккумулятора дает напряжение 2 вольта, один блок литий-ионного аккумулятора - 3,7 вольт, - 1,2 вольт. Создателем первого аккумулятора считают Алессандро Вольту (от его фамилии образовалось значение величины напряжения - вольт). Вольтов столб имел простую конструкцию - медные и цньковые кружки, а между ними кусок ватты смоченный в растворе воды и поваренной соли. Сегодня существует огромное количество разновидностей аккумуляторов тока, полный их список приведен в конце статьи.
Аккумуляторы делаются разных мощностей и напряжения, в зависимости от потребления устройства для которого они предназначены. Напряжение аккумуляторов измеряется в вольтах, сила тока амперами, а мощность - ваттами. Например если известно, что сила тока аккумулятора 10 ампер/час, а напряжение 6 вольт, и нужно узнать его мощность, то по закону Ома получаем 6 вольт * 10 ампер = 60 ватт. Таким образом можно зная два параметра можно легко узнать третий. Приходит время, когда аккумулятор разряжается. По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток аккумулятора падают, аккумулятор перестаёт работать. Зарядить аккумулятор можно от любого источника постоянного или импульсного тока. Стандартным считается зарядный ток в 1/10 номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер/часах).
Обсудить статью ВИДЫ АККУМУЛЯТОРОВ
Под аккумуляторной батареей следует понимать источник электрического тока, который состоит из нескольких элементов питания. Такое совмещение элементов дает возможность получить силу тока или напряжение намного больше, в зависимости от параллельного или последовательного способа подключения.
На сегодняшний день есть несколько типов аккумуляторный батарей, которые отличаются друг от друга составом электролита и материалом электродов. Большинство людей слышали ранее и знают, что существуют всевозможные никель-металлогидридные, никель-кадмиевые, литиево-ионные, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Однако из всего этого разнообразия на автомобилях в качестве стартерных батарей применяют исключительно свинцовые . Такой выбор осуществлен неспроста, ведь эти батареи обладают способностью отдавать за короткий промежуток времени большой ток, в то время как другие батареи с этим не справляются. Но наряду с этим стоит сказать, что и свинец и кислота – крайне вредные вещества, поэтому автолюбителям приходится с этим мириться. Что касается корпусов батарей, то они выполнены из кислотостойкой пластмассы.
Типы автомобильных аккумуляторных батарей
В современном производстве аккумуляторов для электродов используют не чистый свинец, а с различными добавками, которые делят на несколько типов.
· Сурьмянистые или традиционные аккумуляторы;
· Малосурьмянистые аккумуляторы;
· Кальциевые аккумуляторы;
· Гибридные аккумуляторы;
· Гелевые или AGM аккумуляторы ;
· Щелочные аккумуляторы;
· Литиево-ионные аккумуляторы.
Сурьмянистые аккумуляторные батареи
Батареи такого типа в составе пластин содержат ≥5% сурьмы. Зачастую такие батареи называют традиционными или классическими. Однако данное название уже не так актуально, потому что современные классические аккумуляторы содержат гораздо меньше сурьмы.
Сурьма добавляется в свинец для повышения прочности пластин. Также эта добавка способствует резкому усилению, ускорению процесса электролиза, начинающегося уже при 12 вольтах. Выделяющиеся газы (кислород и водород) создают впечатление кипящей воды. Вследствие испарения воды в большом количестве, концентрация электролита меняется и электроды (их верхние края) оголяются. В качестве компенсации в аккумулятор заливается дистиллированная вода.
С повышенным содержанием сурьмы – это часто обслуживаемые аккумуляторы, так как необходимо не менее раза в месяц выполнять проверку плотности электролита в батарее, а также доливать воду.
Сегодня батареи такого типа не устанавливают на машины, потому как уже давно разработаны и эксплуатируются другие, более инновационные типы . Сурьмянистые аккумуляторы еще работают на стационарных установках, где неприхотливость источника питания важнее за иные вопросы. Автомобильные же аккумуляторы производятся без сурьмы или с малым ее содержанием.
Малосурьмянистые аккумуляторные батареи
Стараясь достичь меньшего «выкипания» воды, разработчики начали изготавливать аккумуляторные батареи с уменьшенным количеством сурьмы (меньше 5%). Данный фактор исключил необходимость постоянно следить за уровнем электролита. Также значительно уменьшился уровень саморазряда батареи при хранении.
Подобного типа называют необслуживаемыми, аргументируя это тем, что они не требуют определенного ухода. Конечно, термин «необслуживаемый» скорее маркетинговый, потому как полностью избавиться от проблемы «выкипания» воды не получилось. Вода из электролита понемножку «выкипает» все равно, хоть и в меньших количествах.
Но у таких батарей есть огромнейший плюс. Они абсолютно нетребовательны к электрооборудованию машины. Даже перепады напряжения бортовой электросети не провоцируют изменения характеристик данной батареи, в отличие от, скажем, гелевых или кальциевых аккумуляторов.
Малосурьмянистые зачастую используются для установки на отечественные автомобили, которые на сегодняшний день не могут обеспечить стабильное напряжение бортовой сети. Также стоит сказать, что аккумуляторы этого типа намного дешевле тех же гелевых батарей.
Кальциевые аккумуляторные батареи
Еще одно решение, позволившее снизить «выкипание» воды – это использование в решетках электродов другого материала, а не сурьмы. Самым оптимальным решением стал кальций. Как правило, данного типа носят маркировку «Ca/Ca», что значит содержание кальция в пластинах обоих полюсов. Также зачастую в состав пластин добавляют малое количество серебра – это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи и повысить энергоемкость и КПД аккумулятора.
Использование кальция дало возможность существенно уменьшить газовыделение и потерю воды. Фактически, утрата воды стала столь незначительна, что необходимость проверки плотности утратила свою актуальность. Данные аккумуляторы по праву называются необслуживаемыми.
Также кальциевые , кроме слабого «выкипания» воды, располагают сниженным уровнем саморазряда, что позволяет этим батареям сохранять свои свойства долгое время.
Применение кальция вместо сурьмы дало возможность значительно повысить напряжение электролиза воды до 16 Вольт. Но, несмотря на все указанные плюсы данной батареи, она имеет еще и минусы:
· Капризность по отношению к переразряду. Достаточно несколько раз сильно разрядить батарею и уровень энергоемкости необратимо снижается, то есть количество тока резко уменьшается. Как правило, после такого инцидента батарея уже не может выполнять свои функции, и ее меняют. Этот минус следует назвать самым главным недостатком аккумулятора данного типа.
· Кальциевые батареи крайне чувствительны к бортовой сети машины – плохо переносят резкие перепады напряжения. Стоит учесть этот нюанс перед приобретением батареи.
· Также минус аккумулятора в его очень высокой стоимости, хотя это скорее уже не недостаток, а вынужденная плата за качество.
Зачастую кальциевые аккумуляторы устанавливают на иномарки среднего диапазона, то есть на автомобили с качественным электрооборудованием, где стабильность гарантирована. Покупая кальциевую батарею, следует учесть, что она гораздо требовательнее малосурьмянистой, но должный этого типа станет залогом успеха, и вы получите надежный источник питания.
Гибридные аккумуляторные батареи
Как правило, такие аккумуляторы обозначаются «Ca+». Пластины электродов таких батарей выполнены по разным технологиям: положительные пластины – малосурьмянистые, отрицательные пластины - кальциевые. Такое совмещение дает возможность объединить положительные качества этих аккумуляторных батарей. «Выкипание» воды у таких батарей намного меньше, чем у малосурьмянистых, но больше, чем у кальциевых. Зато устойчивость к переразрядам и перезарядам значительно выше.
Характеристики гибридных аккумуляторных батарей позволяют им занимать место между малосурьмянистыми аккумуляторами и кальциевыми батареями.
Гелевые и AGM аккумуляторные батареи
И AGM аккумуляторы содержат электролит в связанном состоянии, а не в «классическом» жидком виде. Такое гелеобразное состояние электролита и повлекло определение названия типа батареи.
Инженеры в течение долгих лет искали выходы из множества проблем с аккумуляторными батареями. Самой важной проблемой всегда было осыпание активного вещества с пластин-электродов и ее решили с помощью добавления в свинец присадки – сурьмы или кальция. Также важной задачей стало обеспечение безопасности аккумуляторов, потому как электролит – это раствор серной кислоты, мог запросто вытечь из корпуса батареи при повреждениях. Каждый знает, насколько агрессивная серная кислота. Надо было найти способ исключить возможность утечки кислоты вследствие тех или иных повреждений корпуса . Данную проблему разработчики решили путем преобразования жидкого электролита в гелеобразное состояние. Гель – вещество плотное и менее текучее, что решило сразу две задачи – пластины не осыпались, так как плотный гель их удерживал, и сам электролит не вытекал.
И , и AGM батареи имеют гелеобразный электролит. Их отличие лишь в том, что АGM имеет еще и пористый материал между пластинами, который дополнительно удерживает электролит и защищает пластины от осыпания. Аббревиатура «AGM» расшифровывается следующим образом - Absorbent Glass Mat (абсорбирующий стекломатериал). и AGM батарея имеют похожие характеристики, поэтому под гелевыми батареями будут иметься в виду и AGM.
Благодаря фиксации геля в аккумуляторе, батарея не боится наклонов. Более того, производители говорят, что такую батарею можно запросто эксплуатировать в любом положении. Но, несмотря на такие громкие высказывания, не стоит эксплуатировать подобный тип батарей в, скажем, перевернутом состоянии.
Замечательная виброустойчивость - это отнюдь не единственный плюс гелевых аккумуляторов. Такие батареи обладают низкой скоростью саморазряда, что позволяет хранить их очень долго. Хранить этот тип батарей следует в заряженном состоянии. Аккумуляторы гелевые обладают прекрасной способностью – они могут выдать высокий ток вплоть до разряда, причем абсолютно не боятся переразряда.
Если разряд таких аккумуляторов им не страшен, то заряд подобных батарей – фактор более капризный. Такие аккумуляторы недопустимо заряжать в ускоренном ритме. Процесс зарядки необходимо выполнять слабым током с использованием специальных зарядных устройств, которые подходят только гелевым аккумуляторам. Сейчас на рынке можно купить универсальное зарядное устройство, способное, по заверению изготовителя, заряжать любой тип батарей, но предпочтение стоит все же отдать специальному устройству.
Но, к пребольшому сожалению, аккумуляторы гелевые автомобильные в условиях низких температур ведут себя намного хуже. При снижении температуры гель частично утрачивает свою электропроводимость.
Абсолютная герметичность, относительная виброустойчивость, фактическая необслуживаемость позволяет применять гелевые батареи на той технике, на которую классический аккумулятор нельзя устанавливать:
· мототехника (мотоциклы часто отклоняются от вертикальной плоскости);
· морской и речной транспорт (постоянная качка);
· источники бесперебойного питания;
· и автомобили. Зачастую такие батареи эксплуатируются на иномарках, потому цена на такие аккумуляторы довольно высока.
Щелочные аккумуляторные батареи
В качестве электролита батареи могут содержать не только кислоту, но и щелочь. Есть множество разных типов щелочных аккумуляторов, однако рассмотрим те, которые используются в автомобилях.
Автомобильный аккумулятор щелочной может быть двух типов:
· никель-кадмиевый;
· никель-железный.
Никель-кадмиевая батарея имеет положительные пластины, покрытые гидроксооксидом никеля NiO(OH), а отрицательные - смесью железа и кадмия. Никель-железная батарея имеет такие же положительные пластины (то есть, покрыты таким же составом, что и в никель-кадмиевой батарее) - гидроксооксидом никеля. Отличается лишь отрицательным электродом - в данной батарее он выполнен из чистого железа. В качестве электролита в обоих типах выступает раствор едкого калия.
Пластины в щелочных аккумуляторах упаковываются в «конверты» из тонкой перфорированной металлической пластины. Туда же запрессовывается активное вещество, что позволяет значительно повысить виброустойчивость аккумулятора.
Щелочные обладают интересной особенностью: никель-кадмиевые аккумуляторы имеют положительных электродов на один больше, чем отрицательных. Никель-железные аккумуляторы в свою очередь имеют отрицательных электродов больше. Также особенностью таких аккумуляторов является то, что протекание химических реакций не требует расхода электролита, поэтому доливать его не нужно.
Преимущества и недостатки щелочных аккумуляторов
Щелочные обладают целым рядом преимуществ перед кислотными аккумуляторами:
- идеальная переносимость переразрядов, более того, существует мнение, что такую батарею лучше перезарядить, чем наоборот, недозарядить;
- батарея способна храниться в полностью разряженном состоянии, не теряя своих характеристик;
- прекрасная работа в условиях низких температур, что позволяет безотказно заводить двигателя в зимнюю пору года;
- Саморазряд таких батарей ниже кислотных;
- щелочные батареи не выделяют вредных испарений, в отличие от кислотных ;
- Щелочные аккумуляторы способны накапливать намного больше энергии на единицу массы, что позволяет дольше выдавать ток.
Но, наряду с этим, есть и недостатки:
- Щелочные батареи выдают меньшее напряжение, чем кислотные, вследствие чего нужно объединять много «банок» чтобы достичь нужного напряжения. Из-за этого габариты щелочной батареи намного больше, чем у кислотного аккумулятора.
- Щелочные аккумуляторы намного дороже кислотных батарей.
На сегодняшний день щелочные используются, как правило, в качестве тяговых батарей. Что касается стартерных батарей, то их огромные габариты позволяют использовать такие аккумуляторы только на грузовиках.
Литиево-ионные аккумуляторные батареи
Литиево-ионные аккумуляторы (и его подвиды) – это самые перспективные элементы в качестве источника электрического тока.
Химическими элементами этого носителя тока являются ионы лития. Сегодня нет возможности достоверно описать материал, из которого изготавливаются электроды, так как технология постоянно совершенствуется. Можно, конечно, сказать, что на первых порах в качестве отрицательных пластин использовался литий, но такие оказались чересчур взрывоопасными. Спустя некоторое время разработчики начали использовать графит в изготовлении электродов. Положительные пластины раньше изготавливались из оксидов лития с марганцем или кобальтом, но сейчас они замещаются литий-ферро-фосфатными, потому как этот материал менее токсичен, дешевый и экологически чистый.
Важнейшие достоинства литиево-ионных аккумуляторов такие:
- высокая емкость на единицу массы;
- высокое напряжение (один элемент может выдать около 4 вольт);
- низкий уровень саморазряда.
Также есть и некоторые недостатки такого типа батарей:
- гиперчувствительность к температурному режиму. Низкие температуры ухудшают качество этих батарей. Это, наверное, главная проблема таких аккумуляторов, над которой работают разработчики.
- малое количество циклов (около 500);
- эти «стареют». В течение определенного времени происходит уменьшение емкости батареи. Это не «эффект памяти» и не саморазряд, не путайте. Однако работа над этой проблемой беспрерывно ведется;
- гиперчувствительность к глубоким разрядам;
- малая мощность, которой не хватает для применения в качестве стартерного аккумулятора. Силы выдаваемого тока достаточно для питания различных приборов, но крайне мало для пуска двигателя.
Когда инженеры все-таки решат проблему с недостатками, литиево-ионные заменят классическую кислотную батарею.
Каждый день сотни ученых трудятся над усовершенствованием всех типов аккумуляторов. Исследовательские центры постоянно задаются вопросом: , как уменьшить размеры, как создать морозоустойчивый аккумулятор, и прочие.
Очень серьезное направление – обеспечение экологичности, ведь современные технологии не могут обойтись без применения в работе ядовитых веществ (к примеру, свинец или серная кислота).
Вряд ли традиционные свинцово-кислотные имеют свое будущее. AGM аккумуляторы - это промежуточная стадия в эволюции. Батарея в будущем не будет иметь жидкости, будет выглядеть в произвольной форме, а также будет иметь множество иных параметров, которые дадут возможность автовладельцам в полном объеме насладиться поездкой и не нервничать из-за того, что может отказать в любой момент.
Аккумулятор представляет собой устройство, в котором происходит накопление и хранении энергии. Большинство таких приборов работает за счет преобразования электрической энергии в химическую и наоборот. Этот процесс позволяет заряжать и разряжать устройство. При этом оборудование может использоваться как зарядное устройство, источник питания, контролирующая или компенсационная установка.
Аккумуляторы необходимы для работы самых разных устройств, начиная от простых пультов для телевизора и заканчивая атомной энергетикой и космической отраслью. Все эти приборы подразделяются, в зависимости от разных технологических характеристик и особенностей использования. Работа аккумулятора характеризуется емкостью, напряжением, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы.
Какие бывают аккумуляторы? Все существующие приборы можно разделить на несколько видов:
- электрохимические;
- магнитные;
- механические;
- тепловые;
- световые.
Электрохимические аккумуляторы
Этот вид оборудования подразделяется на несколько больших групп:
- электрические;
- газовые;
- обратимые топливные элементы;
- щелочные;
- конденсаторы.
Электрические приборы относятся к самому распространенному типу аккумуляторов. В работе используются свинцовые, никелевые, железные, цинковые, серебряные и другие виды пластин, сделанные из сплавов. В качестве электролита применяется кислоты, растворы магния, кадмия солей и других элементов.
Устройство подобных приборов проще всего объяснить на примере свинцово-кислотных батарей. В работе оборудования используется обратимая реакция взаимодействия жидкости (в данном случае кислоты) и металла – свинца. Благодаря обратимости химических процессов, появляется возможность многоразового использования батареи через разряд-заряд. При пропускании тока в направлении, обратном процессу разряда, аккумулятор заряжается, если подключить оборудование в другую сторону, разряжается.
Химическая реакция идет по следующей схеме:
- анод: Pb+SO42_2е-⇄PbSO4;
- катод: Pb2+SO42-+4H++2е-⇄PbSO4+2H2O.
Как это происходит в реальности? Если к пластинам подключить лампочку, то в аккумуляторе начнется движение электронов, то есть возникнет электрический ток, и пойдет химическая реакция. За счет этого на пластинах образуется сульфат свинца. После подключения источников питания реакция пойдет в обратном направлении. Кислота будет расщепляться, налет –удаляться. Далее при включении лампочки процесс снова идет в обратном направлении.
Важно! При заряде пластины электродов не могут очиститься полностью. Часть налета все равно останется на поверхности. Это приводит к тому, что постепенно емкость оборудования снижается.
Все типы аккумуляторных батарей и электрохимические аккумуляторы можно разделить на три большие группы:
- Ремонтнопригодные – отличаются от других батарей тем, что могут быть разобраны. С другой стороны, эти приборы требуют постоянных проверок уровня электролита. К тому же модели больше подвержены разгерметизации, которая, в свою очередь, может привести к повышению концентрации кислотных паров;
- Необслуживаемые – отремонтировать что-то в конструкции этого оборудования или залить электролит невозможно. При возникновении любых проблем с работой АКБ батарея подлежит полной замене;
- Малообслуживаемые – в оборудовании обеспечен доступ к уровню электролита и возможно его добавление при высыхании батареи.
Существуют определенные разновидности свинцово-кислотных батарей:
- Lead–Acid,
- Valve Regulated Lead–Acid (VRLA),
- Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA),
- GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA),
- OPzV.
В литий-ионных аккумуляторах используются электроды из алюминиевой (катод) и медной (анод) фольги, которые пропитаны электролитами с литием. Дополнительно используются литийкобальтоксид и графит. Зарядом является ион лития, который заряжен положительно и интеркалируется в процессе химической реакции в кристаллические решетки. При работе аккумулятора ионы преодолевают сепараторный барьер по пути к электроду. Для качественной работы дополнительно используется разделительный сепаратор (обычно бумажный). Этот элемент необходим для воспрепятствования перемещению ионов в произвольном порядке.
В современных литий-ионных батареях в состав катодов и анодов вводятся дополнительные элементы. Поэтому в аббревиатуре названий упоминаются вещества, участвующие в реакции химического разложения:
- LiCoO2 – литий-кобальтовые аккумуляторы отличаются высокой удельной энергией, но имеют небольшую термическую стойкость;
- LiMn2O4, LMO – литий-марганцевые модели необходимы для мощных электроинструментов и транспортных средств. При работе литий-марганцевых аккумуляторов ток заряда существенно возрастает за счет образования трехмерных структур шпинели, улучшающей поток ионов. Но потенциал этих батарей ниже, чем у литий-кобальтовых;
- LiNiMnCoAlO2 или NCA – использование в одном аккумуляторе сразу никеля, марганца и кобальта в составе катода помогает повысить удельную мощность или энергию. За счет этого обеспечиваются оптимальные характеристики для разных режимов эксплуатации. Кроме того, снижение содержания кобальта уменьшает стоимость без потери в качестве;
- LiFePO4 – здесь для катода применяют фосфат. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы отличаются длительным сроком эксплуатации и повышенной безопасностью;
- Li4Ti5O12 – литий-титанатная батарея обладает повышенным ресурсом и способностью работать при температуре до -300С;
- Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly – в этих аккумуляторах в качестве электролита применяется полимер. Поэтому конструкции полимерных батарей могут быть любой формы.
Следующий вид – газовые аккумуляторы, основаны на использовании электрохимического потенциала газов. Во время работы прибора на электродах выделяется газ, который поглощается адсорбентом. Чаще всего для этого используется активированный уголь. Конструкция состоит из угольного электрода, адсорбента и проницаемой мембраны.
Обратимые топливные элементы представляют собой углеродистые нанотрубки с катализаторами, которые погружены в электролит. При заряде вода разлагается на водород и кислород, а при разрядке идет обратная реакция. В системах используется водород высокой степени очистки.
На рисунке показаны три проекции модели самодельного газового аккумулятора, где:
- емкость;
- электролит (в данном случае это дистиллированная вода с солью в пропорции 1 стакан воды/1 столовую ложку соли);
- стержни (подойдет стержень от батареек или карманного фонаря);
- мешочки;
- активированный уголь внутри мешков.
Один из выходов электродов маркируется для обозначения положительного заряда. Для зарядки используют источник питания в 4,5 В, зарядка ведется до достижения напряжения в 2,5 В.
Щелочной тип аккумуляторов (АКБ) использует в качестве анода цинк в порошкообразном состоянии, катода – диоксид марганца, электролита – гидроксид калия. Батареи данного вида представляют собой цилиндрический корпус, в середине которого находится латунный стержень. Этот стержень снимает отрицательный потенциал с цинкового порошка, пропитанного щелочным электролитом. Вся эта паста окружена сепаратором, также пропитанным электролитом. Дальше находится активная масса в виде графита или сажа. Масса смешана с диоксидом марганца. Затем идет оболочка, которая предохраняет батарею от короткого замыкания. Положительный вывод представляет собой стальной никелированный стакан, а отрицательный – стальную окружность. Важным преимуществом щелочных батарей является то, что при работе электролит практически не расходуется.
Следующий вид электрических аккумуляторов – это конденсаторы, которые обладают способностью быстро разряжаться и заряжаться. Эти элементы имеют постоянную или переменную емкость. Конденсаторы применяются для уменьшения перебоев в напряжении, выделении переменной или постоянной составляющей, а, значит, получения необходимых постоянных значений тока.
Механические аккумуляторы
Этот тип аккумуляторных батарей можно поделить на 3 большие группы:
- упругие, где увеличение потенциальной энергии происходит при упругой деформации;
- инерционные – работают на кинетической энергии;
- гравитационные – функционируют за счет потенциальной энергии взаимного положения тел.
К первой группе относят гидро,- и пневматические аккумуляторы, а также резинмоторы, пружинные аккумуляторы и аккумуляторы давления.
Инерционными являются маховики и гироскопы.
Гравитационные – это большие системы, например, гидроаккумуляторная электростанция.
Тепловые аккумуляторы
Несмотря на то, что эти аккумуляторы получили название тепловых, основными приборами здесь являются охлаждающие элементы для бытовых и переносных холодильников, а также приборы, используемые в холодовой цепи для перевозки медицинских препаратов, биологических тканей.
Принцип работы состоит в том, что основное вещество (обычно для этого берут карбоксиметилцеллюлозу) охлаждается до нужной температуры. Затем аккумулятор постепенно отдает накопленный холод окружающей среде и предметам.
Световые аккумуляторы
Так называют уже ставшие привычными солнечные батареи, в которых солнечная энергия преобразуется в постоянный электрический ток. Вид и принцип построения приборов зависит от требуемой мощности оборудования. Солнечные батареи необходимы для портативной электроники и создания систем энергоснабжения зданий.
Магнитные аккумуляторы
Эти устройства также называют спин-аккумуляторами, так как в работе используется туннельное магнитное соединение (ТМС). Конструкция состоит из чередующихся магнитных и немагнитных пленок, в которые встроены наномагниты MnAs. За счет этого чередования возникает ТМС, которое приводит к появлению электродвижущей силы. Таким образом, происходит квантовое туннелирование электронов, и магнитная энергия переходит в электрическую напрямую. Этот вид оборудования только начинает внедряться в производство, поэтому большинство спин-аккумуляторов являются отдельными лабораторными образцами либо выпускаются небольшими партиями.
Потребности в более мощных и специализированных устройствах для хранения и накопления энергии постоянно растут. Поэтому современное производство постоянно предлагает новые виды аккумуляторов и батарей.
Видео
Автомобильный аккумулятор — это резервный источник питания, без которого не способна обойтись ни одна машина. Принцип его работы довольно прост. Во время движения часть энергии, вырабатываемая двигателем, накапливается в батареи. Как только двигатель глушится, бортовая сеть начинает работать от АКБ.
Важно! Без аккумулятора вы бы просто не смогли запустить машину.
Как и любая другая деталь, аккумулятор со временем приходит в негодность. Обычно это проявляется в том, что его ёмкость уменьшается. Если же эксплуатировать АКБ крайне небрежно, то он может полностью разрядиться.
Конечно, существуют специальные методики, позволяющие зарядить аккумулятор, но вы должны учитывать, что некоторые АКБ просто не поддаются восстановлению. При таком раскладе вам понадобится приобрести новое устройство, а для этого нужно знать, аппарат с какой именно маркировкой вам подойдёт.
Классификация АКБ
На рынке существует огромное количество разнообразных АКБ. Автомобильные компании идут на всевозможные ухищрения, чтобы добиться большей экономичности, увеличить объём и срок эксплуатации своих устройств. Поэтому перед тем как перейти к более подробной классификации разделим все устройства на обслуживаемые и необслуживаемые.
К необслуживаемым АКБ причисляют те, которые исключают возможность заливки воды внутрь. К плюсам подобных аппаратов можно причислить то, что практически во всех есть индикатор, отвечающий за состояние батареи.
Обслуживаемые АКБ требуют постоянного ухода. Водитель должен периодически заливать внутрь дистиллированную воду. Она будет компенсировать испарившийся за время работы электролит.
Более подробная классификация АКБ состоит из разделения по типу пластин:
- свинцово-сурьмянистые,
- свинцово-кальциевые,
- гибридные.
Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки.
Общие требования к маркировке
Автомобильные аккумуляторы производятся многими машиностроительными компаниями, неудивительно, что без общей маркировки в данном сегменте рынка не обойтись.
Тем не менее разные автомобильные компании наносят разную маркировку на выпускаемые аккумуляторы. Мало того, сами батареи отличаются по ряду параметров и классов.
К тому же в каждой стране есть свои требования к маркировке аккумуляторов. С учётом того, что в современном глобализированном мире машины собираются путём кооперации компаний с разных стран и материков, есть ряд международных стандартов, на которые ориентируются производители.
Согласно действующим международным стандартам маркировка аккумулятора должна включать в себя такие данные:
- знак производителя,
- название компании,
- значение номинального напряжения,
- значение ёмкости,
- полярность возле клемм,
- тип батареи,
- дату производства,
- количество банок.
Также маркировка аккумулятора должна в себя включать знаки, ограничивающие эксплуатацию и предупреждающие о стандартах транспортировки. В общем, можно выделить четыре вида маркировки в зависимости от региона:
- российская,
- европейская,
- азиатская,
- американская.
Важно! Стоит признать, что некоторые маркировки сильно отличаются друг от друга. Поэтому знать нюансы расшифровки вам не помешает.
Виды маркировки в зависимости от региона
В России маркировка аккумуляторов регламентируется ГОСТом 959-91. Её ещё называют «А Б С Д». Данные буквы обозначают следующие понятия:
- «А» — эта буква в маркировке указывает сколько банок в аккумуляторе. Один элемент — два вольта
- «Б» — тип аккумулятора. Маркировка «СТ» говорит, что перед нами батарея стартерного типа.
- «С» — ёмкость устройства. Единица измерения ампер-часы.
- «Д» — указывает на материал, из которого изготовлен агрегат.
Это основные параметры, которые во многом определяют, подойдёт ли вам данный аккумулятор. Вариации исполнения подробно расписаны на рисунке сверху.
Европейская маркировка
Стоит признать, что в Европе требования к аккумуляторам, особенно их экологичности гораздо выше. Неудивительно, что и европейская маркировка имеет существенные отличия.
В Европе производители автомобильных аккумуляторов при создании своей продукции ориентируются в первую очередь на стандарт DIN. Он включает использование в маркировке пяти основных цифр.
Важно! Есть ещё стандарт ETN, он включает в себя девять цифр.
Пятизначная маркировка определяется следующими параметрами:
- Три первых цифр указывают на ёмкость батареи. Чтобы точно определить данный параметры из написанного числа необходимо отнять 500.
- Две цифры в конце указывают на тип аккумулятора.
Здесь нужно сделать одно важное уточнение. Несмотря на простоту официального стандарта, каждый производитель старается указать на аккумуляторах максимум полезной информации. Поэтому, изучая маркировку европейской батареи, можно узнать следующие данные:
- исполнение,
- спецификацию клемм,
- особенности отвода газов,
- показатель вибропрочности.
Маркировка аккумулятора ETN состоит из таких показателей:
- Первая цифра обозначает ёмкость.
- Вторая и третья — диапазон мощности. Цифра шесть в данной маркировке обозначает, что при подсчётах нужно добавить 100 Ач, семь — 200 Ач.
- Три последующих цифры — конструктивное решение и используемые материалы.
- В конце идут три цифры указывают значение одной десятой холодной прокрутки.
Когда вы изучаете маркировку европейского аккумулятора, то должны понимать, что на нём может быть множество дополнительных обозначений, которые производитель наносит на своё собственное усмотрение.
Азиатская маркировка
На азиатском рынке используют маркировку аккумуляторов стандарта JIS. Стоит признать, что она весьма запутана, и чтобы в ней разобраться, понадобиться время. Само собой, без специальных таблиц обойтись не получится.
Азиатская маркировка аккумуляторов состоит из шести знаков:
- Первые две цифры традиционно указывают на ёмкость. Но вы должны учитывать, что номинальный параметр умножается на корректировочный коэффициент.
- Третий символ — буква. Она указывает на форму аккумулятора и соотношение размеров.
- Два последующих знака — размер в сантиметрах (длина).
- Последний символ имеет всего два значение — R b L. Он указывает на расположение отрицательной клеммы.
Емкость азиатской батареи, которая указана в маркировке существенно ниже европейской.
Американская система нумерации
В Америке при обозначении батарей используется стандарт SAE, но возможны и другие варианты. В данном контексте законодательство США даёт довольно широкий простор для деятельности предпринимателей.
Американская маркировка аккумуляторных батарей выполняется в соответствии со стандартом SAE. Тем не менее могут быть использованы и другие типы маркирования. Традиционно количество символов в номенклатуре шесть (одна буква и пять цифр). Данные символы имеют следующие значения:
- Первая буква указывает на тип АКБ.
- Две первых цифр определяют размер устройства.
- Последние в номенклатуре числа — это значение тока при холодной прокрутке.
Очень часто производители наносят на свои устройства показатель резервной ёмкости. Также на корпусе можно найти, сколько времени занимает снижение напряжения до 10 В. В качестве константы берётся фиксированный показатель тока 25 ампер.
Итоги
В основном АКБ классифицируются на обслуживаемые и необслуживаемые. Также их можно разделить на типы за счёт особенностей конструкции пластин. Маркирование устройств зависит от региона, в котором был изготовлен товар, и заводских стандартов производителя.
Аккумулятор - это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно. Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.
Виды аккумуляторов
Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.
Никель-кадмиевые (NiCd)
Этот аккумулятор выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчив к низким температурам и у него большой допустимый ток разряда. Одними из основных его достоинств является низкая цена и большой срок службы. Недостатки указанного вида в том, что он быстро саморазряжается и имеет низкую плотность энергии.
Основным недостатком такого оборудования является «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи. Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство. Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку. Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.
Никель-металлогидридные (NiMh)
Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными. Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.
Литий-ионные (LiIon)
Такой аккумулятор чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах он уже используюется редко, так как вытесняется более прогрессивным типом батарей. Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.
Литий-полимерные (LiPol)
Самые современные устройства, основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими. Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры. Так как такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя. Если нарушается герметичность также нельзя эксплуатировать такую батарею.
Устройство
Раньше аккумуляторные батареи для бытовой техники и телефонов по своему строению были точной копией тех, что используются в автомобилях. Современные технологии позволили разработать литий-ионные батареи, у которых катод покрыт алюминиевой, а анод медной фольгой. В литий-полимерных моделях в качестве банок используются мягкие пакеты, которые заполняются гелеобразным раствором лития в полимере.
Чтобы контролировать заряд, такая аккумуляторная батарея обязательно имеет устройство, которое выполнено в виде электронной платы. Вместо привычных двух контактов, такие батареи с платой телефона соединяются при помощи конвектора — многополюсного соединения.
Принцип работы
Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.
Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность. Во время заряда ток пропускают в противоположном направлении, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.
Основной характеристикой является емкость, то есть величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения. Для ее измерения обычно используются Ач.
Области применения
Аккумулятор используется в различных отраслях и имеет широкое применение. Аккумуляторные батареи применяют для освещения вагонов, питания различной апертуры на автомобилях, в мобильных телефонах, в бытовой технике и электронике.
Для того чтобы обезопасить компьютер и имеющуюся информацию при внезапном исчезновении питания, используются . Основным его элементом является АКБ. Первоначальный запуск любого автомобиля не возможет без заряженной аккумуляторной батареи.
Как выбрать аккумулятор
Рассмотрим особенности выбора АКБ для мобильного телефона. Сначала надо разобраться, какая батарея установлена в вашем телефоне, так как она может быть съемной или несъемной.
Если ее можно снять, то открывают заднюю крышку телефона и внимательно изучают характеристики батареи:
- Емкость.
- Модель.
- Напряжение.
При наличии и несъемной АКБ, ее данные можно узнать из паспорта телефона или на сайте производителя. Современный рынок предлагает оригинальные аккумуляторы, аналогичные и «ноунейм». На последний вариант лучше вообще не обращать внимания, так как такая батарея может не только вывести из строя телефон, а даже взорваться.
Между собой оригинальные и аналоговые изделия практически ничем не отличаются по своим характеристикам, но оригинальные батареи будут намного дороже. Учтите, что некоторые производители не делают оригинальные запчасти, поэтому в таком случае придется приобретать аналогичный источник питания.
Аккумулятор для автомобиля
В этом случае надо обращать внимание на такие характеристики как емкость, пусковой ток и габариты изделия. Важно, чтобы емкость и величина пускового тока не очень отличались от той аккумуляторной батареи, что была установлена на заводе-производителе, так как генератор и другое оборудование рассчитаны на определенные их значения.
Кроме описанных характеристик, обращают внимание на наличие дополнительных элементов: ручка для удобной транспортировки, защита клемм, наличие встроенного индикатора заряда.
Достоинства и недостатки
Рассмотрим, какие есть преимущества и недостатки у разных типов батарей.
Преимущества NiCd устройств:
- Быстрая зарядка, можно использовать ток, который равен и даже превышает емкость батареи, злоупотреблять часто большим зарядным током нельзя и если требуется быстрый заряд, то используют устройства, определяющие полный заряд батареи, после чего они должны отключаться.
- Могут давать в нагрузку ток большого значения.
- Если соблюдаются правила эксплуатации, то срок службы будет большим.
- Возможность восстановления при понижении емкости.
- Доступная стоимость.
Недостатки будут такие:
- Наличие «эффекта памяти».
- Высокий уровень саморазряда.
- Большой вес и размеры.
- Требуется специальная утилизация из-за наличия кадмия.
Особенности NiMh батарей:
- Больше плотность электроэнергии, поэтому они имеют меньший вес и размеры.
- Срок службы зависит от глубины разряда, чтобы батарея дольше служила, лучше ее эксплуатировать не с полным, а с поверхностным разрядом.
- Зарядка не может проводиться так быстро, как в предыдущем варианте.
- «Эффект памяти» выражен намного меньше.
- У них небольшое количество рабочих циклов.
- Высокий саморазряд, который достигает 30% в месяц.
LiIon батареи имеют следующие достоинства:
- Небольшой вес и размеры, достигается это за счет высокой плотности электроэнергии.
- Незначительный саморазряд.
- На протяжении всего срока службы не требуют никакого обслуживания.
Недостатки таких АКБ следующие:
- Высокая цена.
- Хранить такие батареи надо только заряженными.
- Даже если они не используются, происходит процесс старения, уже через два года, если ими не пользоваться, они обычно выходят из строя.
LiPol устройства являются самыми современными, но пока массово они не применяются, поэтому объективно оценить их преимущества и недостатки пока нельзя.
Если сравнивать их с другими типами, то в таких устройствах меньше рабочих циклов, и они рассчитаны на небольшой ток нагрузки. Технология их изготовления позволяет создавать тонкие и пластичные геометрические формы, что нехарактерно для других типов батарей. Как и у всего нового, стоимость таких батарей пока высокая.
Сейчас в электронных устройствах в основном используются NiMh и LiIon аккумуляторы. У первых будет больше срок службы при умеренных нагрузках и ниже стоимость, у вторых простое обслуживание и большой срок службы при интенсивных нагрузках. Никель-кадмиевые устройства уже практически не используются, а литий-полимерные только завоевывают рынок.
