Батериите свирят важна роляв живота ни и много ежедневни неща вече са просто немислими без тях. Ние зависим от доброто и надеждна работабатерии, следователно, за да работят стабилно, трябва да знаете какви свойства имат и как да боравите с тях. Тази статия обсъжда характеристиките различни видовебатерии, като специфична енергия, експлоатационен живот, характеристики на натоварването, изисквания за поддръжка, скорост на саморазреждане и др.
Оловно киселинни батерии
Една от най-старите батерийни системи. Това е евтина, надеждна и устойчива на претоварване батерия; но има ниска специфична енергия и ограничен експлоатационен живот. Използва се оловно-киселинна батерия автомобилен транспорт, В инвалидни колички, в системи за аварийно осветление и непрекъсваеми захранвания (UPS).
Никел-кадмиеви (NiCd) батерии
Освен това е една от най-старите и най-добре проучени батерийни системи. Тези захранвания се използват там, където е необходимо дългосрочен планобслужване, висок разряден ток, екстремни температуриИ ниска цена. Поради факта, че NiCd батерияпричинява значителна вреда среда, те се заменят с други видове системи. Основни области на приложение: електрически инструменти, уоки-токита, авиационен транспорт, UPS. В Европа продажбата на потребителски продукти с тези видове батерии е забранена, но те могат да бъдат закупени в Русия.
Никел метал хидридни (NiMH) батерии
Всъщност те са заместител на никел-кадмиевите; има по-висока специфична енергия и по-малко токсични метали. NiMH батериите се използват в медицинско оборудване, в хибридни автомобили, в ракетно-космическата техника, в индустрията.
Литиево-йонни (Li-ion) батерии
Най-обещаващият тип батерийни системи; използвани в преносими потребителски продукти, както и в електрически превозни средства. Литиево-йонните батерии са чувствителни към прекомерно напрежение при зареждане и за осигуряване на безопасност към тях се добавя защитна верига, но не винаги. Тези видове батерии са по-скъпи от описаните по-горе.
Семейството литиево-йонни системи може да се раздели на три основни типа батерии в зависимост от материала на катода – литиево-кобалтови, литиево-манганов шпинел и литиево-ферофосфатни. Характеристиките на тези литиево-йонни системи са дадени по-долу.
Литиев кобалт или литиев кобалтов оксид (LiCoO2)
Има висока специфична енергия, понася умерени натоварвания и има кратък експлоатационен живот. Използва се в мобилни телефони, лаптопи, цифрови фотоапарати и други джаджи.
Литиев манганов шпинел или литиев манган (LiMn2O4)
Толерира висок заряден и разряден ток, но има ниска специфична енергия и кратък експлоатационен живот; използвани в електрически инструменти, медицинско оборудване и електрически задвижвания.
Литиев ферофосфат (LiFePO4)
Подобно на литиев манган; номинално напрежение 3,3 V/клетка; по-издръжлив, но има повече висока скоростсаморазреждане в сравнение с други литиево-йонни системи.
Има много други видове литиево-йонни батерии, някои от които ще бъдат описани по-късно на този сайт. Тук липсва популярният тип литиево-полимерна батерия. Докато литиево-йонните системи получават името си от материала на катода, литиево-полимерните системи получават името си от своята архитектура. Освен това не се споменават литиево-метални (Li-metal) батерии. Този тип източник на ток все още изисква по-нататъшно развитие, но най-вероятно скоро ще имат необичайно висока енергийна плътност и добра плътност на мощността.
Таблица 1 - Сравнителни характеристики на четирите най-често използвани типа акумулаторни системи, посочващи средни параметри
1 Вътрешното съпротивление на батериите зависи от стойността на милиамперчаса (mAh), окабеляването и броя на клетките. Веригата за защита на литиево-йонната батерия добавя около 100 mΩ
2 Стандартният размер на елемента е 18650. Размерът на елемента и конструкцията определят вътрешното съпротивление.
3 Жизнен цикъл на батерии, подложени на редовна поддръжка.
4 Жизненият цикъл зависи от размера на изхвърлянето. По-малкият разряд увеличава експлоатационния живот.
5 Най-много висока скоростсаморазреждане веднага след зареждане. NiCd батерия губи 10% заряд през първите 24 часа, след което скоростта на загуба на заряд намалява до 10% на всеки 30 дни. Висока температураувеличава саморазреждането.
6 Защитната верига обикновено консумира 3% от съхранената енергия на месец.
7 Най-често се използва традиционното напрежение от 1,25; 1,2 V.
8 Ниското вътрешно съпротивление намалява спада на напрежението при натоварване и литиево-йонни батериичесто са етикетирани със стойност, по-голяма от 3,6 V/клетка. Елементите с маркировка 3.7V и 3.8V са напълно съвместими с 3.6V.
9 Способен да издържи голям импулс на товарния ток, но отнема време за възстановяване.
10 Не зареждайте редовно литиево-йонни батерии при температури под нулата.
11 Поддръжка, като балансиране или презареждане, за предотвратяване на сулфатиране.
12 За повечето типове литиево-йонни системи прекъсването настъпва, ако напрежението е по-малко от 2,20 V и по-високо от 4,30 V, други напрежения се прилагат за литиево-ферофосфатни батерии.
Прочетете също статии:
(31 517 преглеждания | 19 преглеждания днес)
Процесите в батерията са наблюдавани с помощта на електронен микроскоп
Екотехнологии, които могат да направят света по-чист. 9 модерни посоки
Самовъзстановяващи се соларни клетки
Този преглед беше замислен още през есента на 2009 г., но поради независещи от мен обстоятелства (световна криза, болест, други проекти, хубаво време, почистване на стаята, банален мързел и т.н.) писането постоянно се отлагаше и затова някои от данните са леко остарели, но не са загубили своята релевантност. Освен това това сравнителен прегледв който не са важни абсолютните стойности, а тяхната разлика.
Интернет е пълен с информация за различни видове батерии, но в по-голямата си част това е крещящо маркетингово словоблудие, много смътно напомнящо за реалността. Един от най-нормалните (според мен) непрофесионалновиж) това е battery.newlist.ru, но не е актуализиран от дълго време. Също така съм много доволен от две статии на Олег Артамонов на уебсайта на F-Center: Тестване на AA батерии и Тестване на Ni-MH батерии AA формат. Човекът се зае сериозно с това изследване, разработи позиция и методика, направи подробно и компетентно описание. И въпреки че са минали 3-4 години от тестовете, статиите са уместни, тъй като тези батерии и акумулатори все още се продават в магазините.
При първото тестване авторът повдигна, по мое мнение, много важен въпрос, а именно: защо производителите посочват капацитета на батериите и акумулаторите в амперчасове, въпреки че е по-правилно да се посочи във ватчасове? В края на краищата, дори в рамките на една група батерии (акумулатори), вътрешното съпротивление на елементите варира толкова много, че онези „банки“, които са били водещи в ампер-часове поради високо вътрешно съпротивление (и следователно повече ниско напрежение), са по-ниски от техните по-малко „капацитетни“ събратя по отношение на действителното производство на енергия, измерено във ват-часове. В крайна сметка всяка електронно устройствоконсумира не ампер-часове, а ват-часове или ампер-часове, умножени по средното напрежение на батерията, когато е разредена, тоест при получаване на същите тези ампер-часове. И ако сравнявате батериите различни видове, тогава амперчасовете изобщо нямат смисъл, защото 1A*h литиево-йонна батерия по отношение на действителната изходна енергия е приблизително 3A*h NiMH батерия. По същество ситуацията е същата като при цифровите фотоапарати - производителят в рекламата (и на корпуса на устройството) пише главоломни цифри за броя на пикселите и коефициента на увеличение, но за качеството на фотографията най-важното е нещо е размерът на матрицата и апертурата на обектива. В резултат на това повечето крайни потребители остават да се чудят защо снимките на старо 3-мегапикселово огледало са по-добри от тези на модерно 12-мегапикселово, 18x супер устройство? Като цяло идеята, според мен, е ясна - за да не бъдете измамени от нещастници, трябва да мислите с главата си, а не глупаво да сравнявате две числа, посочени в големи числа върху кутията или тялото на продукта.
Тъй като съм колоездач, се замислих за универсален източник на енергия за туризъм. И за това трябва да взема решение за вида на батерията: коя е по-добра, по-лека, по-надеждна, по-обемна и т.н. Основни характеристикиза мен, като турист, това е капацитет, както разбирате във ватчасове. По същество, ако разглеждаме батерията като капацитет за енергия, тогава ват-часовете (или джаули, 1 W*h = 3,6 kJ) са мерни единици на нейния обем (като литри за кутии и тигани). И точно както кутиите и тиганите могат да бъдат направени от лека и тънка пластмаса или тежък и дебел чугун, така сред батериите има големи и тежки, без голям капацитет, и малки и леки с голям капацитет. И така, как да оградите щанд за тестване и след това да купите различни видовебатериите за тестване са дълги и много скъпи, реших да се справя " малко кръв„Много производители публикуват така наречените информационни листове върху своите продукти, в които са отпечатани (или трябва да бъдат отпечатани) основните характеристики на продукта, графики, характеризиращи определени работни параметри и т.н. Това са графиките, които планирах да използвам, за да анализирам Разбира се, аз съм напълно наясно, че в някои случаи тези графики са донякъде произволни и изкуствени и са създадени повече за реклама, отколкото за отразяване. реални характеристики, но тъй като няма друг изход, ще тръгнем по този път. Сравнение на няколко батерии от същия тип от различни производителище покаже приблизителното положение на истината, която по правило е някъде по средата.
Няма да описвам подробно методологията за получаване на данни от графики. Накратко: графиката от pdf файла се записва като jpeg изображение, след което тези графики се дигитализират с помощта на програмата GetData Graph Digitizer. Тази програма показва координатите на точките на кривите на графиката и ги записва във формат MS Excel. След това получените данни се обработват математически в OriginPro. Мисля, че може да се направи в Excel, но Origin е предназначен за работа с диаграми и е по-лесен за работа в това отношение. Всички информационни листове, използвани за събиране на данни, могат да бъдат изтеглени от директорията с файлове.
Оловно-киселинната батерия е източник на енергия, чийто дизайн е останал непроменен от изобретението. Основната цел на батерията е да подпомага стартирането на двигателя и да осигурява захранване на бордовата мрежа на автомобила, когато двигателят не работи. Самата батерия не произвежда електрически ток, тя го акумулира чрез химическа реакция.
Понякога се чудим - какво има вътре в автомобилния акумулатор? А вътре има киселинен електролит, съдържащ сярна киселина и оловни плочи. Това, разбира се, е опростено, ще ви разкажем по-подробно по-късно.
Автомобилната батерия е вторична галванична клетка. Внимателното проучване на неговите свойства и структура ще ни помогне да изберем правилния продукт при покупка.
Какво представляват галваничните клетки?
Галваничният елемент е устройство, което преобразува химическата енергия в електрическа. Основен компонентиВсеки галваничен елемент се състои от два електрода - катод и анод, поставени в съд, изработен от непроводим материал и пълен с електролит.
Цялото разнообразие от използвани галванични елементи може да се раздели на два основни типа: първични елементи и вторични елементи.
Първичните елементи включват, например, добре познатите така наречени „сухи“ елементи. Вторичните клетки включват батерии от всички видове. Разликата между видовете елементи се определя от естеството на химичните реакции, които протичат в тях по време на работа.
Във вторичните елементи протичащите химични реакции са обратими. Използвана или изтощена батерия може да бъде възстановена (заредена), ако през нея премине постоянен електрически ток в обратна посока. По време на процеса на зареждане електрическата енергия се преобразува в химическа енергия. По време на следващия цикъл на разреждане възниква обратна реакция.
Видове автомобилни акумулатори
Типовете батерии са обслужваеми и не изискват поддръжка.
С обслужваема батерия можете:
- физически просто развийте капачките от кутиите;
- визуално определяне на нивото на електролита и състоянието на оловните пластини;
- измерване на плътността и кипенето на електролита по време на зареждане;
- добавете дестилирана вода, ако е необходимо.
Казано на езика на автомобилиста - „достигнете до вътрешностите“. Можем да правим каквото си поискаме с батерията.
Но обслужваните батерии имат редица недостатъци:
- поради изтичане на батерията по време на работа, електролитът може да изкипи, което води до намаляване на нивото му и в резултат на това капацитетът пада, което води до проблеми със стартирането на автомобила;
- изпаряването на водата води до увеличаване на плътността на електролита, което води до разрушаване на плочите;
- необходимо е постоянно да се следи нивото на електролита;
- При нагряване на електролита върху външния капак на батерията (на местата на щепселите) се появява специфичен бяло покритие, което може да доведе до късо съединение на клемите и преждевременно частично разреждане.
Всички тези недостатъци са проблеми от минали години. Изобретателите работиха много години, за да решат тези проблеми и най-накрая намериха изход - направиха батерията без поддръжка.
Батерия без нужда от поддръжка.
Отличителна черта е липсата на задръствания горен капаки колкото и да искаш да погледнеш вътре, нищо няма да се получи. Стана напълно запечатано.
Какви са предимствата на този тип?
- Когато електролитът се нагрява, изпарената течност под формата на кондензат се утаява върху вътрешните стени на батерията и тече надолу.
- Батерията може да се обърне по всякакъв начин, без да се страхува от разливане на електролит.
- разрешено основен проблем– плочите винаги са в електролита.
Но няма устройство без недостатъци.
При батерии без поддръжка джъмперите между банките са разположени вътре в кутията. Почти невъзможно е да се провери напрежението на банките.
включено батерии без поддръжказапочнаха да инсталират така наречените „вентили аварийно освобождаваненатиск." Работи в в случай на спешносткогато възникне силно презареждане. Част от изпарения електролит излиза, но няма как да се добави обратно към акумулатора. Няколко презареждания и в резултат на това батерията губи капацитет.
Характеристики на оловно-киселинните батерии
Със сигурност повече от 90% от шофьорите знаят за структурата на батерията си само от училищни уроцифизика. Да, в ежедневието това вече не се изисква. Купен - монтиран - забравен.
Характеристики батерии, на които шофьорите обръщат внимание при избора му: тип батерия (поддържана или необслужвана), електрически капацитет на батерията, номинално напрежение на батерията, саморазреждане.
Терминът „електрически капацитет на батерията“ означава количеството електричество, отделено от батерията, когато е разредена. Капацитетът се определя в амперчасове.
Капацитет на разреждане CP - количеството електричество в амперчасове, получено при разреждане на батерията до допустимото напрежение. Капацитетът на разреждане се определя въз основа на формулата:
Капацитетът на SAB значително зависи от температурата на електролита, особено в режимите на разреждане на стартера.
Капацитетът на батерията може да бъде изразен по два начина: в амперчасове или във ватчасове. Терминът "капацитет" се отнася до количеството електроенергия, което може да бъде получено от даден източник на енергия. Капацитетът във ватчасове е мярка за енергия или способността да се произвежда работа.
При определяне на капацитета на всяка батерия е необходимо да се отбележи режимът, в който се извършва разреждането, температурата и крайното напрежение. Капацитетът на батерията се определя основно от три фактора: разряд, температура и крайно напрежение, като когато е маркиран, се задава в амперчасове.
Стандартното номинално напрежение на една батерия е 2 волта. За леки автомобилиТе произвеждат батерии с напрежение 12V, а на камиони ги използват с напрежение 24V. За специално оборудванеБатериите могат да бъдат произведени с напрежение, зададено от производителя.
Спонтанно разреждане на батерията - загуба на капацитет при съхранение, изключване на външни консуматори, температурен режимкачество на работа и поддръжка. В същото време характеристиките му на работа са намалени.
Експериментално е установено, че при оловно-киселинните батерии стойността на саморазряд варира от 1,5 до 3% на месец.
Една от причините за повишения саморазряд на обслужваните акумулатори е използването на недестилирана вода, съдържаща примеси от желязо, хлор и различни соли.
Също така, когато батерията се обърне или бъде подложена на силно разклащане, активното вещество пада от плочите.
Да видим какво има вътре?
По същество дизайнът на батериите остава непроменен от изобретяването им: оловни пластини и киселина. Вътрешно пространствонапълнен с електролит, състоящ се от 38% сярна киселина и дестилирана вода. Всяка батерия редува отрицателни и положителни електроди. Между плочите са поставени пластмасови сепаратори. Всички джъмпери между клетки и батерии са направени от олово.
Нека разгледаме по-отблизо дизайна на батерията
Конструкцията на автомобилната батерия е проста: контейнер за поставяне на електроди, плочи, сепаратори и капак. Обслужваните имат гърловини за наливане на електролит и завинтващи се пробки в капака. Те ви позволяват да добавите дестилирана вода, ако е необходимо.
Корпусите за батерии са изработени от издръжлив полипропилен.
Материалът на корпуса е непроводим и химически устойчив на сярна киселина. Има фланец по долния ръб на кутията за здраво закрепване в колата за предотвратяване на удари и падания.
В обслужваемите батерии се използват вентилационни (лабиринтни) тапи. Предпазват от изнасяне и изпръскване на електролита, но осигуряват свободното отделяне на газ. Полиетиленовите гранули могат да се използват като пълнител за лабиринти.
За да предотвратите неправилно свързване на батерията към бордова мрежаавтомобил, водещите клеми се различават по размер, което е описано накратко в статията за.
Почти всички видове оловно-киселинни автомобилни акумулатори са непоправими.
Как работи автомобилен акумулатор
Принципът на работа на автомобилната батерия се основава на два вида процеси. При свързване на консуматори към акумулатора (стартер, фарове, уреди на таблото на автомобила и др.) той се разрежда.
В този случай химическата енергия се преобразува в електрическа, която от своя страна може да се преобразува в топлинна, механична и светлинна.
Ако свържете електрически мотор към такъв източник на енергия, тогава част от електричеството ще се превърне в механично, а част в топлинна.
Когато настъпи зареждане обратен процес- електрическата енергия се преобразува в химическа.
По време на зареждане върху катода, анода и електролитните плочи се образуват вещества, които по време на разреждането влизат в електрохимична реакция. Химичните реакции по време на зареждане протичат в обратна посока в сравнение с химичните реакции по време на разреждане. Това обяснява защо батерията се нарича реверсивен източник на ток, нейната работа е циклична: разреждане-зареждане.
Как да заредите акумулатор на кола?
Има голямо разнообразие от методи за зареждане.
Батериите се зареждат непрекъснато при работещ двигател или със специално зарядно устройство.
За да заредите фабрично готова батерия, трябва да я напълните с електролит и да изчакате необходимото време за импрегниране, след което да я свържете към зарядното устройство. Положителният полюс на батерията трябва да бъде свързан към положителния полюс на зарядното устройство, а отрицателният полюс към отрицателния полюс. Можете да започнете зареждането, при условие че температурата на електролита в кутиите не е по-висока от 30°C в студени зони и не по-висока от 35°C в горещи и топли влажни зони, в противен случай трябва да се остави да изстине.
Самият процес на зареждане е описан подробно в инструкциите за зарядни устройства. Относно зареждането калциеви батерииМожеш да четеш.
В заключение може да се отбележи, че почти всички видове оловно-киселинни автомобилни акумулаторине подлежи на ремонт.
В момента повредени батерии, в най-добрият сценарий, занаятчиите ги изгарят на огньове, за да получат олово. По принцип използваните батерии се предават в пунктове за събиране на цветни метали или се обменят за нови срещу допълнително заплащане.
Принцип на действие. Батериянаречен химически източникток, който е способен да натрупва (натрупва) електрическа енергия в себе си и, ако е необходимо, да я освобождава във външна верига. Електрическата енергия се натрупва в батерията, когато през нея преминава ток от
външен източник (фиг. 158,а). Този процес, т.нар заряд на батерията, се придружава от преобразуване на електрическата енергия в химическа енергия, в резултат на което самата батерия се превръща в източник на ток. Когато батерията се разреди (фиг. 158, b), настъпва обратното преобразуване на химическата енергия в електрическа. Батерията има голямо предимство пред галваничния елемент. Ако елементът се разреди, той става напълно неизползваем; батерията е същата. след разреждане може да се презарежда и ще служи като източник на електрическа енергия. В зависимост от вида на електролита батериите се делят на киселинни и алкални.
На локомотиви и електрически влакове най-голямо разпространениеполучени алкални батерии, които имат значително по-дълъг периодуслуги, отколкото киселинните. Киселинни батерии TN-450 се използва само на дизелови локомотиви с капацитет 450 Ah, номинално напрежение - 2,2 V. Батерията 32 TN-450 се състои от 32 батерии, свързани последователно; буквата T означава, че батерията е монтирана на локомотива, буквата H означава вида на положителните плочи (сгъваеми).
устройство.В киселинна батерия електродите са оловни плочи, покрити с така наречените активни маси, които взаимодействат с електролита по време на електрохимични реакции по време на процеса на зареждане и разреждане. Активната маса на положителния електрод (анод) е оловен пероксид PbO 2, а активната маса на отрицателния електрод (катод) е чисто (гъба) олово Pb. Електролитът е 25-34% воден разтвор на сярна киселина.
Батерийните плочи могат да бъдат с повърхностен или разпръснат тип. Повърхностните плочи са отлети от олово; тяхната повърхност, върху която протичат електрохимични реакции, е увеличена поради наличието на ребра, канали и др. Използват се в стационарни батерии и някои батерии в леки автомобили.
В батериите на дизелови локомотиви се използват плочи от разпръснат тип (фиг. 159, а). Такива плочи имат сърцевина, изработена от сплав от олово и антимон, в която са подредени множество клетки, пълни с паста.
След запълване на клетките на плочите с паста, те се покриват с оловни листове голям бройдупки. Тези листове предотвратяват изпадането на активната маса от плочите и в същото време не възпрепятстват достъпа до електролита.
Изходният материал за приготвяне на паста за положителни плочи е оловен прах Pb, а за отрицателни плочи - прах, оловен пероксид PbO 2, който се смесва върху воден разтворсярна киселина. Структурата на активните маси в такива плочи е пореста; поради това не само повърхността, но и дълбоките слоеве на електродите на батерията участват в електрохимични реакции.
За увеличаване на порьозността и намаляване на свиването на активната маса, графит, сажди, силиций, стъклен прах, бариев сулфат и други инертни материали, т.нар. разширители. Те не участват в електрохимични реакции, но затрудняват слепването (спичане) на частиците олово и неговите оксиди и по този начин предотвратяват намаляването на порьозността.
Разпръснатите плочи имат голяма контактна повърхност с електролита и са добре наситени с него, което спомага за намаляване на теглото и размера на батерията и дава възможност за получаване на високи токове по време на разреждане.
При производството на батерии плочите се подлагат на специални цикли на зареждане-разреждане. Този процес се нарича формоване на батерии. В резултат на формоването пастата на положителните плочи се превръща електрохимично в оловен пероксид (диоксид) PbO 2 и придобива кафяво. Отрицателната плоча паста, когато се формова, се превръща в чисто Pb олово, което има пореста структура и затова се нарича поресто; отрицателните плочи стават сиви.
Някои батерии използват черупкови положителни пластини. При тях всяка положителна плоча е затворена в специална обвивка (куфар) от ебонит или фибростъкло. Обвивката надеждно задържа активната маса на плочата от проливане по време на разклащане и удари; за комуникация на активната маса на плочите с електролита в корпуса са направени хоризонтални процепи с ширина около 0725 mm.
За да се предпазят плочите от късо съединение от чужди предмети (сонда за измерване на нивото на електролита, устройство за пълнене на електролит и др.), плочите в някои батерии са покрити с поливинилхлоридна мрежа.
За увеличаване на капацитета във всяка батерия са монтирани няколко положителни и отрицателни пластини; едноименните плочи са свързани паралелно в общи блокове, към които са заварени изходните щифтове. Блокове от положителни и отрицателни плочи обикновено се монтират в ебонитов батериен съд (фиг. 159,b), така че между всеки два
плочи с една полярност бяха поставени с плочи с друга полярност. Отрицателните плочи са поставени в краищата на батерията, тъй като положителните плочи са склонни към изкривяване, когато са монтирани в краищата. Плочите са разделени една от друга със сепаратори от микропорест ебонит, поливинилхлорид, стъклен филц или друг изолационен материал. Разделителите предотвратяват възможността късо съединениемежду плочите, когато се изкривят.
Плочите се монтират в съда на батерията така, че да има свободно пространство между долната им част и дъното на съда. В това пространство се натрупват оловни утайки (утайки), които се получават от отпадането на отработената активна маса на плочите по време на работа.
Разреждане и зареждане.Когато батерията е разредена (фиг. 160, а) положителни йони H 2 + и отрицателни йони на киселинния остатък
S0 4 -, в които се разпадат молекулите на сярна киселина H 2 S0 4 електролит 3, са насочени съответно към положителния
1 и отрицателен 2 електроди и влизат в електрохимични реакции с активните си маси. Между електродите има
потенциална разлика около 2 V, осигуряваща преминаването електрически токкогато външната верига е затворена. В резултат на това
електрохимични реакции, които възникват по време на взаимодействието на водородни йони с оловен пероксид PbO 2 положителен
електрод и йони на сулфатен остатък S0 4 - с олово Pb на отрицателния електрод се образува оловен сулфат PbS0 4 (оловен сулфат), в който се превръщат повърхностните слоеве на активната маса на двата електрода. В същото време по време на тези реакции се образува известно количество вода, така че концентрацията на сярна киселина намалява, т.е. плътността на електролита намалява.
Теоретично батерията може да се разрежда, докато активните маси на електродите се превърнат напълно в оловен сулфат и електролитът се изчерпи. На практика обаче изхвърлянето се спира много по-рано. Оловният сулфат, образуван по време на изхвърлянето, е сол бяло, слабо разтворим в електролит и с ниска електропроводимост. Следователно изхвърлянето не се извършва до края, а само до момента, в който около 35% от активната маса премине в оловен сулфат. В този случай полученият оловен сулфат се разпределя равномерно под формата на малки кристали в останалата активна маса, която все още запазва достатъчна електропроводимост, за да осигури напрежение между електродите от 1,7-1,8 V.
Разредената батерия се зарежда, т.е. свързва се към източник на ток с напрежение, по-голямо от напрежението на батерията. При зареждане (фиг. 160, b) положителните водородни йони се придвижват към отрицателен електрод 2, а отрицателните йони на сулфатния остатък S0 4 - към положителния електрод 1 и влизат в химично взаимодействие с оловен сулфат PbS0 4, покривайки двата електрода. По време на протичащите електрохимични реакции оловният сулфат PbS0 4 се разтваря и върху електродите отново се образуват активни маси: оловен пероксид PbO 2 на положителния електрод и гъбест олово Pb на отрицателния. В същото време концентрацията на сярна киселина се увеличава, т.е. плътността на електролита се увеличава.
Електрохимичните реакции по време на разреждане и зареждане на батерията могат да бъдат изразени чрез уравнението
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4? 2PbSO 4 + 2H 2 O
Четейки това уравнение отляво надясно, получаваме процеса на разреждане, отдясно наляво - процеса на зареждане.
Номиналният ток на разреждане е числено равен на 0,1 C NOM, максимумът при стартиране на дизелов двигател (режим на стартер) е приблизително 3 C NOM, токът на зареждане е 0,2 C NOM, където C NOM е номиналният капацитет.
Напълно заредена батерия има e. д.с. около 2,2 V. Напрежението на неговите клеми е приблизително същото, тъй като вътрешното съпротивление на батерията е много малко. При разреждане напрежението на батерията пада доста бързо до 2 V и след това бавно намалява до 1,8-1,7 V (фиг. 161), при това напрежение разреждането се спира, за да се избегне повреда на батерията. Ако изтощена батерия се остави неактивна за известно време, нейното напрежение се възстановява до средна стойност от 2 V. Това явление се нарича „почивка” на батерията. При зареждане на такава „отпочинала“ батерия напрежението бързо намалява, така че Измерването на напрежението на батерията без товар не дава правилна преценка за степента на разреждане.
При зареждане напрежението на батерията бързо се повишава до 2,2 V, след което бавно се повишава до 2,3 V и накрая отново се повишава доста бързо до 2,6-2,7 V. При 2,4 V започват да се появяват газови мехурчета, образуващи се в резултат на разлагането на водата във водород и кислород. При 2,5 V и двата електрода излъчват силен поток от газ, а при 2,6-2,7 V батерията започва да кипи, което служи като знак за края на заряда. При изключване на батерията от източника заряден токнапрежението му бързо намалява до 2,2 V.
Грижа за батерията.Киселинните батерии бързо губят капацитет или дори стават напълно неизползваеми, когато
неправилна употреба. В тях се получава саморазреждане, в резултат на което губят своя капацитет (приблизително 0,5-0,7% на ден). За да се компенсира саморазреждането, неактивните батерии трябва периодично да се зареждат. Когато електролитът, както и капаците на акумулатора, техните клеми и междуелементните връзки са замърсени, възниква повишен саморазряд, който бързо изтощава акумулатора.
Батерията винаги трябва да е чиста, а клемите трябва да бъдат покрити с тънък слой технически вазелин, за да се предпазят от окисляване. Периодично трябва да проверявате нивото на електролита и заряда на батериите. Батериите трябва да се зареждат периодично. Съхранението на незаредени батерии е забранено. При неправилно използване на батерии (разряд под 1,8-1,7 V, системно недозареждане, неправилно зареждане, дългосрочно съхранение незаредена батерия, понижаване на нивото на електролита, прекомерна плътност на електролита), възниква увреждане на техните пластини, т.нар. сулфатиране. Това явление се състои в прехода на финокристален оловен сулфат, който покрива плочите по време на разреждане, в неразтворим едрокристален химични съединения, които при зареждане не се превръщат в оловен пероксид PbO 2 и олово Pb. В този случай батерията става неизползваема.
Доскоро най-разпространеният метод за съхраняване на електрическа енергия беше използването на оловно-киселинни батерии. Те например се използват широко в системи за непрекъсваемо захранване ниска мощност, но са абсолютно неподходящи за изпомпване на големи потоци енергия ежедневно. С развитието на технологиите на пазара се появиха литиево-йонни (LIB) батерии.
Високата реактивност и способността на лития да се интеркалира (прониква) в кристалната решетка на друг материал му позволява да остане в атомни връзки голям бройенергия, следователно служи като идеално устройство за съхранение.
Благодарение на наноструктурираната топология, литиево-йонните батерии имат безусловни предимства пред всички съществуващи аналози в редица технически характеристики:
- Токовете на зареждане и разреждане са безпрецедентно високи. Способността на LIA да възприема висок токзареждане ви позволява да натрупвате енергия онлайн. Разрядът може да бъде пет пъти по-голям от заряда, което показва възможността за незабавно освобождаване на огромно количество енергия.
- Много нисък саморазряд, не надвишаващ 2% от първоначалния заряд на месец
- Няма ефект на паметта (не изисква пълно разреждане преди цикъл на зареждане).
- Висок електрохимичен потенциал (енергийна плътност);
- Работа в широк температурен диапазон (от -40°C +50°C).
Само преди няколко години оловните батерии нямаха конкуренти в тази област, тъй като алтернативните батерии бяха много скъпи и следователно използването им не беше икономически изгодно.
Но с развитието на технологиите на пазара се появиха литиево-йонни (LIB) батерии, които на пръв поглед имат по-висока цена, но ако се вгледаме по-внимателно, в UPS системи от 50 kW, използването на LIB има по-висока икономическа ефективност. По-долу са сравнения.
Основните параметри на всяка батерия са:
- Капацитет: Колко енергия може да съхранява една батерия на 1 кг тегло
- Ток на разреждане: Колко бързо батерията може да освободи съхранената си енергия
- Ефективност: загуба на енергия по време на зареждане и разреждане
- Брой цикли на разреждане и зареждане
- Срок на годност - или период на експлоатация
| Критерий | Олово | ЛИЯ |
| Капацитет (W/kg) | 25 | 110 |
| Ток на разреждане (при който батерията освобождава целия си капацитет) | 0.1C (10% от капацитетния ток) | 3C (300% от капацитетния ток) |
| Ефективност | 80% | 97% |
| Брой цикли на разреждане-зареждане | 700 | 5000 |
| Срок на годност - или период на експлоатация | 3,5 години | 25 години |
Както се вижда от таблицата, LIB имат значителни предимства пред оловните батерии.Това се дължи преди всичко на факта, че те различен принципдействия. В оловните батерии оловните електроди влизат в химическа реакция с електролита - сярна киселина, поради което се натрупва електричество. Но с течение на времето киселината образува оловен сулфат на повърхността на електродите, което прави батерията неизползваема. Преждевременно стареенеоловната батерия се случва по същия начин, когато се разреди големи токовеи паралелна връзка, която често се използва за увеличаване на общия капацитет.
В LIB, като такива, не възниква химическа реакция, но възниква миграция на литиеви йони от електрод към електрод, натрупване или освобождаване на заряд, поради което LIB има значително най-добри характеристики. Разряд с интензитет на тока пет пъти по-голям от номиналния капацитет на батерията - нормален режим на работа. Разрешено паралелна връзка, защото На всяка акумулаторна клетка е монтиран контролер за зареждане/разреждане.
За да оценим икономическите ползи от използването на определена технология, ние вземаме предвид разходите за първоначалната инсталация, както и разходите за по-нататъшна експлоатация. Като пример, нека вземем 300 kVA UPS във времето непрекъсната работа 30 мин. Това време е избрано, защото точно това време би било достатъчно, ако е необходимо, за стартиране и пускане в експлоатация на резервен генератор, а генераторите, както знаем, не стартират от първия път, особено ако са резервни.
| UPS 300 kVA. DC напрежение 400 V. Време на работа при пълно натоварване 30 мин. | |||
| Критерий | Олово | литий | Коментари |
| Когато работи при пълно натоварване, UPS ще консумира 750A за 30 минути. Необходим капацитет и тип батерия | OPzV 1200Ah (2V) 185БР | LIA 400Ah (3.2V) 125 БР. | Батерията изисква високи токове на разреждане, които могат да се поддържат само от единични клетки 2,14 V. При високи токове на разреждане оловно-киселинната батерия не доставя 100% от капацитета си. Препоръчаните от производителя разрядни токове потвърждават, че минималният капацитет на батерията трябва да бъде 1200Ah. Няма проблеми с лития, така че е инсталирана батерия с почти номинален капацитет. |
| Цена | същото | същото | Обикновено цената на една батерия се изчислява въз основа на цената на един амперчас. Посочените цени са средните за пазара. Цената за батерия LIB е дадена, като се вземе предвид цената на системата за управление. |
| Тегло на батерията | Средно 100 кг на елемент 185*100=18500 кг | Средно 11 кг на елемент 125*11=1375 кг | Когато използвате батерии LIB, ще ви е необходим размерът на помещението (площ и максимално натоварване на пода) 13 пъти по-малко от оловото. |
| Срок на експлоатация преди смяна | 3,5 години | 25 години | Срокът на експлоатация на оловно-кисели батерии OPzV е 20 години, но те не издържат толкова дълго. Факт е, че производителят посочва експлоатационния живот, когато батерията се разреди с ток не повече от 10% от номиналния капацитет, което означава, че за батерия от 1200Ah това е само 120A. Разрядният ток на този UPS е 750A, което е 6 пъти по-високо от препоръчваното. С такава сила на разреждане оловните батерии се повреждат много по-бързо и загубата на капацитет се забелязва само след няколко цикъла на разреждане. |
| Разходи за поддръжка | високо | не | Можете да инсталирате 6 пъти повече оловни батерии, така че да издържат 18 години, но цената на такъв масив ще бъде астрономическа. LIB работи в нормален режим и ще издържи посоченото време на работа без подмяна. |
Разреждане на оловно-киселинна батерия с постоянен ток, А.
Крайно напрежение 1.75V елемент при 20°C
| Маркиране | минути | Гледай | |||||||
| 10 | 15 | 30 | 1 | 2 | 3 | 5 | 8 | 10 | |
| ОПзВ-200 | 261 | 230 | 171 | 122 | 79 | 58 | 39 | 27 | 21 |
| ОПзВ-250 | 302 | 287 | 213 | 152 | 98 | 73 | 49 | 33 | 26 |
| ОПзВ-300 | 362 | 344 | 256 | 182 | 118 | 87 | 58 | 40 | 31 |
| OPzV-350 | 365 | 347 | 275 | 204 | 139 | 105 | 72 | 50 | 37 |
| OPzV-420 | 438 | 417 | 330 | 245 | 167 | 126 | 86 | 60 | 45 |
| OPzV-500 | 472 | 448 | 366 | 286 | 195 | 147 | 101 | 67 | 52 |
| ОПзВ-600 | 477 | 454 | 388 | 302 | 219 | 168 | 118 | 85 | 66 |
| OPzV-800 | 740 | 693 | 580 | 422 | 293 | 223 | 157 | 113 | 82 |
| ОПзВ-1000 | 887 | 823 | 681 | 515 | 370 | 282 | 197 | 131 | 103 |
| ОПзВ-1200 | 956 | 903 | 790 | 614 | 450 | 342 | 237 | 165 | 123 |
| ОПзВ-1500 | 1011 | 995 | 874 | 697 | 521 | 407 | 294 | 197 | 155 |
| ОПзВ-2000 | 1372 | 1326 | 1165 | 929 | 695 | 543 | 391 | 276 | 207 |
| OPzV-2500 | 1685 | 1658 | 1510 | 1203 | 863 | 668 | 482 | 317 | 258 |
| OPzV-3000 | 2022 | 1989 | 1813 | 1444 | 1035 | 802 | 579 | 378 | 309 |
Долен ред. Първичната цена на оловото ще бъде по-висока и с основна разлика в цената от 11%, използването на LIB ще позволи:
- Намалете площта (обема) на стаята, за да поберете UPS системата с 13 пъти.
- Намалете теглото на багажника с батерии 13 пъти.
- Удължете експлоатационния живот поне три пъти, преди да смените батерията. Спестяванекогато работите с LIB, над 20 години ще бъде поне 350%, въз основа на калкулация на първични разходи, разходи за поддръжка, периодична подмяна и трикратно изхвърляне на оловни батерии.
Използването на нашата технология позволява директна подмянаОловно-киселинни или никел-кадмиеви батерии на ЛИЯ, БЕЗ никакви конструктивни промени или допълнения към системата за зареждане или свързване! Дори джъмперите може да останат стари.
