Baterije rade važnu ulogu u našim životima, a mnoge svakodnevne stvari sada su jednostavno nezamislive bez njih. Zavisimo od dobrog i pouzdan rad baterije, dakle, da bi stabilno radile, morate znati koja svojstva imaju i kako s njima rukovati. Ovaj članak govori o karakteristikama razne vrste baterije, kao što su specifična energija, vijek trajanja, karakteristike opterećenja, zahtjevi za održavanjem, brzina samopražnjenja itd.
Olovne baterije
Jedan od najstarijih baterijskih sistema. Ovo je jeftina, pouzdana baterija otporna na preopterećenje; ali ima nisku specifičnu energiju i ograničen vijek trajanja. Upotrebljava se olovna baterija drumski transport, V invalidska kolica, u sistemima hitne rasvjete i besprekidnim izvorima napajanja (UPS).
Nikl-kadmijum (NiCd) baterije
Takođe je jedan od najstarijih i najbolje proučavanih baterijskih sistema. Ovi izvori napajanja se koriste tamo gdje je potrebno dugoročno servis, visoka struja pražnjenja, ekstremne temperature I jeftino. Zbog NiCd baterija s uzrokovati značajnu štetu okruženje, zamjenjuju ih drugi tipovi sistema. Glavna područja primjene: električni alati, voki-toki, zrakoplovni transport, UPS. U Evropi je zabranjena prodaja potrošačkih proizvoda sa ovakvim tipovima baterija, ali se oni mogu kupiti u Rusiji.
Nikl metal hidridne (NiMH) baterije
U stvari, oni su zamena za nikl-kadmijum; ima veću specifičnu energiju i manje toksičnih metala. NiMH baterije se koriste u medicinskoj opremi, u hibridni automobili, u raketnoj i svemirskoj tehnologiji, u industriji.
Litijum-jonske (Li-ion) baterije
Najperspektivniji tip baterijskih sistema; koristi se u prijenosnim potrošačkim proizvodima, kao i u električnim vozilima. Li-jonske baterije su osjetljive na višak napona prilikom punjenja i, kako bi se osigurala sigurnost, dodaje im se zaštitni krug, ali ne uvijek. Ove vrste baterija su skuplje od gore opisanih.
Porodica litijum-jonskih sistema može se podeliti na tri glavna tipa baterija u zavisnosti od materijala katode - litijum kobalt, litijum mangan spinel i litijum ferofosfat. Karakteristike ovih litijum-jonskih sistema su date u nastavku.
Litijum kobalt ili litijum kobalt oksid (LiCoO2)
Ima visoku specifičnu energiju, podnosi umjerena opterećenja i kratak vijek trajanja. Koristi se u mobilnim telefonima, laptopima, digitalnim fotoaparatima i drugim uređajima.
Litijum-mangan spinel ili litijum-mangan (LiMn2O4)
Toleriše veliku struju punjenja i pražnjenja, ali ima nisku specifičnu energiju i kratak vijek trajanja; koristi se u električnim alatima, medicinskoj opremi i električnim pogonima.
Litijum ferofosfat (LiFePO4)
Slično litijum-manganu; nazivni napon 3,3 V/ćeliji; izdržljiviji, ali ima više velika brzina samopražnjenje od drugih litijum-jonskih sistema.
Postoje mnoge druge vrste litijum-jonskih baterija, od kojih će neke biti opisane kasnije na ovoj stranici. Popularni tip litijum-polimer baterije ovde nedostaje. Dok litijum-jonski sistemi dobijaju ime po materijalu katode, litijum-polimerni sistemi dobijaju ime po svojoj arhitekturi. Takođe, ne spominju se litijum-metalne (Li-metal) baterije. Ova vrsta izvora struje još uvijek zahtijeva daljnji razvoj, ali će najvjerovatnije uskoro imati neuobičajeno veliku gustoću energije i dobru gustoću snage.
Tabela 1 – Uporedne karakteristike četiri najčešće korišćena tipa baterijskih sistema, sa naznakom prosečnih parametara
1 Unutrašnji otpor baterija zavisi od vrednosti miliamper sata (mAh), ožičenja i broja ćelija. Zaštitni krug litijum-jonske baterije dodaje oko 100 mΩ
2 Standardna veličina elementa je 18650. Veličina elementa i dizajn određuju unutrašnji otpor.
3 Životni ciklus baterija koje se redovno održavaju.
4 Životni ciklus ovisi o veličini pražnjenja. Manja vrijednost pražnjenja produžava vijek trajanja.
5 Najviše velika brzina samopražnjenje odmah nakon punjenja. NiCd baterija gubi 10% napunjenosti tokom prva 24 sata, a zatim se stopa gubitka punjenja smanjuje na 10% svakih 30 dana. Toplota povećava samopražnjenje.
6 Zaštitno kolo obično troši 3% pohranjene energije mjesečno.
7 Najčešće se koristi tradicionalni napon od 1,25; 1,2 V.
8 Nizak unutrašnji otpor smanjuje pad napona pod opterećenjem i litijum jonske bateriječesto su označeni vrijednošću većom od 3,6V/ćeliji. Elementi označeni sa 3.7V i 3.8V su potpuno kompatibilni sa 3.6V.
9 Može izdržati veliki impuls struje opterećenja, ali je potrebno vrijeme da se oporavi.
10 Ne punite redovno litijum-jonske baterije na temperaturama ispod nule.
11 Održavanje, kao što je balansiranje ili punjenje, kako bi se spriječila sulfatizacija.
12 Za većinu tipova litijum-jonskih sistema, prekid se javlja ako je napon manji od 2,20 V i veći od 4,30 V, drugi naponi se primenjuju na litijum-ferofosfatne baterije.
Pročitajte i članke:
(31,517 pregleda | 19 pregleda danas)
Procesi u bateriji su praćeni pomoću elektronskog mikroskopa
Ekološke tehnologije koje mogu učiniti svijet čistijim. 9 modernih pravaca
Samoiscjeljujuće solarne ćelije
Ova recenzija je zamišljena još u jesen 2009. godine, ali zbog okolnosti koje su van moje kontrole (svjetska kriza, bolest, drugi projekti, lijepo vrijeme, pospremanje prostorija, banalna lijenost itd.) pisanje je stalno odgađano i samim tim neke od podaci su malo zastarjeli, ali nisu izgubili na važnosti. Štaviše, ovo uporedni pregled u kojima nisu bitne apsolutne vrijednosti, već njihova razlika.
Internet je pun informacija o raznim vrstama baterija, ali to je uglavnom vrišteći marketinški izraz, koji vrlo nejasno podsjeća na stvarnost. Jedan od najnormalnijih (po mom mišljenju) neprofesionalno pogledajte) ovo je battery.newlist.ru, ali nije ažuriran dugo vremena. Takođe sam veoma zadovoljan sa dva članka Olega Artamonova na sajtu F-Center: Testiranje AA baterija i Testiranje Ni-MH baterija AA formata. Čovjek je ovo istraživanje shvatio ozbiljno, razvio stav i metodologiju i napravio detaljan i kompetentan opis. I iako je prošlo 3-4 godine od testiranja, artikli su relevantni, jer se ove baterije i akumulatori još uvijek prodaju u trgovinama.
U prvom testiranju, autor je podigao, po mom mišljenju, vrlo važno pitanje, naime: zašto proizvođači navode kapacitet baterija i akumulatora u amper-satima, iako je ispravnije to navesti u vat-satima? Uostalom, čak i unutar jedne grupe baterija (akumulatora), unutrašnji otpor elemenata toliko varira da su one „banke“ koje su bile vodeće u amper-satima zbog visokog unutrašnjeg otpora (a samim tim i više). niskog napona), bili su inferiorniji u odnosu na svoje manje “kapacitetne” kolege u smislu stvarne izlazne energije, mjerene u vat-satima. Uostalom, bilo koji elektronski uređaj ne troši amper-sate, već vat-sate ili amper-sate pomnožene sa prosječnim naponom na bateriji kada je prazna, odnosno kada prima te iste amper-sate. A ako uporedimo baterije različite vrste, tada ampersati nemaju nikakvog smisla, jer 1A*h litijum-jonske baterije u smislu stvarne izlazne energije je otprilike 3A*h NiMH baterija. U suštini, situacija je ista kao i sa digitalnim fotoaparatima - proizvođač u reklami (i na kućištu uređaja) ispisuje do neba visoke brojke za broj piksela i faktor zumiranja, ali za kvalitet fotografije najvažnije stvar je veličina matrice i otvor blende. Kao rezultat toga, većina krajnjih korisnika ostaje u čudu zašto su fotografije starog ogledala od 3 megapiksela bolje od onih modernog super uređaja od 12 megapiksela, 18x? Općenito, ideja je, mislim, jasna - kako ne biste bili prevareni naivcima, morate razmišljati svojom glavom, a ne glupo uspoređivati dva broja navedena u velikim brojevima na kutiji ili tijelu proizvoda.
Kao biciklista, razmišljao sam o univerzalnom izvoru energije za planinarenje. A za to moram odlučiti o vrsti baterija: koja je bolja, lakša, pouzdanija, kapacitetnija itd. Glavne karakteristike za mene, kao turistu, ovo je kapacitet, kako razumete u vat satima. U suštini, ako bateriju smatramo kapacitetom za energiju, tada su vat-sati (ili džuli, 1 W*h = 3,6 kJ) jedinice mjerenja njene zapremine (kao litre za limenke i tiganje). I kao što limenke i tiganje mogu biti od lake i tanke plastike, ili od teškog i debelog livenog gvožđa, tako i među baterijama ima velikih i teških, bez veliki kapacitet, te male i lagane sa velikim kapacitetom. Dakle, kako ograditi štand za testiranje, a zatim kupiti različite vrste baterije za testiranje su duge i veoma skupe, odlučio sam da se snađem" malo krvi„Mnogi proizvođači na svoje proizvode postavljaju tzv. Data sheets, u kojima su štampane (ili bi trebalo da budu odštampane) glavne karakteristike proizvoda, grafikoni koji karakterišu određene radne parametre itd. Ovo su grafikoni koje sam planirao da koristim za analizu Naravno da sam potpuno svjestan da su u nekim slučajevima ovi grafikoni donekle proizvoljni i umjetni, te da su stvoreni više za reklamiranje nego da odražavaju. stvarne karakteristike, ali pošto nema drugog izlaza, idemo ovim putem. Poređenje nekoliko baterija istog tipa iz različitih proizvođačaće pokazati približnu poziciju istine, koja je po pravilu negdje u sredini.
Neću detaljno opisivati metodologiju za dobijanje podataka iz grafikona. Ukratko: grafikon iz pdf datoteke se pohranjuje kao jpeg slika, a zatim se ovi grafovi digitaliziraju pomoću GetData Graph Digitizer programa. Ovaj program prikazuje koordinate tačaka krivulja grafa i sprema ih u MS Excel format. Nakon toga, dobijeni podaci se matematički obrađuju u OriginPro. Mislim da se to može uraditi u Excelu, ali Origin je dizajniran za rad sa grafikonima i u tom smislu je lakše raditi s njim. Svi listovi podataka koji se koriste za prikupljanje podataka mogu se preuzeti iz direktorija datoteka.
Olovno-kiselinska baterija je izvor napajanja čiji je dizajn ostao nepromijenjen od njegovog pronalaska. Glavna svrha baterije je da pomogne pri pokretanju motora i da obezbedi napajanje u mreži vozila kada motor ne radi. Sama baterija ne proizvodi električnu struju, akumulira je hemijskom reakcijom.
Ponekad se pitamo - šta je u automobilskom akumulatoru? A unutra je kiseli elektrolit koji sadrži sumpornu kiselinu i olovne ploče. Ovo je naravno pojednostavljeno, kasnije ćemo vam reći detaljnije.
Automobilski akumulator je sekundarna galvanska ćelija. Pažljivo proučavanje njegovih svojstava i strukture pomoći će nam da odaberemo pravi proizvod prilikom kupovine.
Šta su galvanske ćelije?
Galvanska ćelija je uređaj koji pretvara hemijsku energiju u električnu. Main komponente Bilo koja galvanska ćelija sastoji se od dvije elektrode - katode i anode, smještene u posudu od neprovodnog materijala i napunjenu elektrolitom.
Cijela raznolikost korištenih galvanskih ćelija može se podijeliti u dvije glavne vrste: primarni elementi i sekundarni elementi.
Primarni elementi uključuju, na primjer, dobro poznate takozvane „suhe“ elemente. Sekundarne ćelije uključuju baterije svih vrsta. Razlika između tipova elemenata određena je prirodom hemijskih reakcija koje se u njima dešavaju tokom rada.
U sekundarnim elementima, hemijske reakcije koje se dešavaju su reverzibilne. Istrošena ili ispražnjena baterija može se vratiti (napuniti) ako se kroz nju prođe jednosmjerna električna struja u suprotnom smjeru. Tokom procesa punjenja, električna energija se pretvara u hemijsku energiju. Tokom sljedećeg ciklusa pražnjenja dolazi do obrnute reakcije.
Vrste akumulatora za automobile
Tipovi baterija se mogu servisirati i ne zahtijevaju održavanje.
Sa servisiranom baterijom možete:
- fizički samo odvrnite čepove s limenki;
- vizualno odrediti nivo elektrolita i stanje olovnih ploča;
- mjeriti gustinu i ključanje elektrolita tokom punjenja;
- po potrebi dodati destilovanu vodu.
Da to kažem jezikom vozača - "dođite do unutrašnjosti." Sa baterijom možemo raditi šta god želimo.
Ali servisirane baterije imaju niz nedostataka:
- zbog curenja akumulatora tijekom rada, elektrolit može ispariti, što dovodi do smanjenja njegovog nivoa i, kao rezultat, pada kapaciteta, što rezultira problemima s pokretanjem automobila;
- isparavanje vode dovodi do povećanja gustoće elektrolita, što rezultira uništavanjem ploča;
- potrebno je stalno pratiti nivo elektrolita;
- kada se elektrolit zagrije na vanjskom poklopcu baterije (na mjestima utikača), određena bijeli premaz, što može dovesti do kratkog spoja terminala i prijevremenog djelomičnog pražnjenja.
Svi ovi nedostaci su problemi proteklih godina. Izumitelji su radili dugi niz godina na rješavanju ovih problema i konačno su pronašli izlaz - učinili su bateriju bez održavanja.
Baterija bez održavanja.
Posebnost je odsustvo saobraćajnih gužvi gornji poklopac i bez obzira koliko želite da pogledate unutra, ništa neće raditi. Postao je potpuno zapečaćen.
Koje su prednosti ove vrste?
- Kada se elektrolit zagrije, isparena tekućina u obliku kondenzata taloži se na unutrašnjim zidovima baterije i teče prema dolje.
- Baterija se može prevrnuti na bilo koji način bez straha od prosipanja elektrolita.
- riješeno glavni problem– ploče su uvijek u elektrolitu.
Ali nema uređaja bez nedostataka.
Na baterijama bez održavanja, kratkospojnici između banaka nalaze se unutar kućišta. Gotovo je nemoguće provjeriti napon na bankama.
On baterije bez održavanja počeli ugrađivati takozvane „ventile hitno oslobađanje pritisak." Radi u u slučaju nužde kada dođe do jakog preopterećenja. Nešto od isparenog elektrolita izlazi, ali nema načina da se vrati nazad u bateriju. Nekoliko punjenja i kao rezultat, baterija gubi kapacitet.
Karakteristike olovnih baterija
Sigurno više od 90% vozača zna samo za strukturu svog akumulatora školske lekcije fizike. Da, u svakodnevnom životu to više nije potrebno. Kupljeno - instalirano - zaboravljeno.
Karakteristike baterije, na koji vozači obraćaju pažnju pri odabiru: tip akumulatora (održavan ili bez održavanja), električni kapacitet akumulatora, nazivni napon akumulatora, samopražnjenje.
Izraz “električni kapacitet baterije” označava količinu električne energije koju baterija daje kada se isprazni. Kapacitet se određuje u amper satima.
Kapacitet pražnjenja CP - količina električne energije u amper-satima dobijena kada se baterija isprazni do dozvoljenog napona. Kapacitet pražnjenja se određuje na osnovu formule:
Kapacitet SAB-a značajno zavisi od temperature elektrolita, posebno u režimima pražnjenja startera.
Kapacitet baterije može se izraziti na dva načina: u amper satima ili u vat satima. Termin "kapacitet" odnosi se na količinu električne energije koja se može dobiti iz datog izvora energije. Kapacitet u vat-satima je mjera energije ili sposobnosti da se proizvede rad.
Prilikom određivanja kapaciteta bilo koje baterije potrebno je zabilježiti način u kojem se vrši pražnjenje, temperaturu i konačni napon. Kapacitet baterije uglavnom određuju tri faktora: pražnjenje, temperatura i konačni napon, a kada se označi, postavlja se u amper satima.
Standardni nazivni napon jedne baterije baterije je 2 volta. Za putnički automobili Proizvode baterije napona 12V, a na kamionima ih koriste sa naponom od 24V. Za specijalna oprema Baterije se mogu proizvoditi sa naponom koji je odredio proizvođač.
Spontano pražnjenje baterije - gubitak kapaciteta tokom skladištenja, isključenje eksternih potrošača, temperaturni režim kvaliteta rada i održavanja. Istovremeno, njegove performanse su smanjene.
Eksperimentalno je utvrđeno da za olovno-kiselinske baterije vrijednost samopražnjenja varira od 1,5 do 3% mjesečno.
Jedan od razloga povećanog samopražnjenja servisiranih baterija je upotreba nedestilovane vode koja sadrži nečistoće željeza, klora i raznih soli.
Takođe, kada se baterija prevrne ili jako protrese, aktivna supstanca otpada sa ploča.
Hajde da pogledamo šta je unutra?
U osnovi, dizajn baterija ostao je nepromijenjen od njihovog pronalaska: olovne ploče i kiselina. Unutrašnji prostor napunjen elektrolitom koji se sastoji od 38% sumporne kiseline i destilovane vode. Svaka baterija izmjenjuje negativne i pozitivne elektrode. Između ploča se postavljaju plastični separatori. Svi kratkospojnici između ćelija i baterija su napravljeni od olova.
Pogledajmo bliže dizajn baterije
Struktura akumulatora je jednostavna: posuda za postavljanje elektroda, ploča, separatora i poklopca. Servisni imaju vratove za punjenje elektrolita i čepove na poklopcu. Omogućuju vam dodavanje destilovane vode ako je potrebno.
Kućišta za baterije su izrađena od izdržljivog polipropilena.
Materijal kućišta je neprovodljiv i hemijski otporan na sumpornu kiselinu. Duž donje ivice kućišta nalazi se prirubnica za čvrsto pričvršćivanje u automobilu kako bi se spriječili udarci i padovi.
Ventilacijski (labirintski) čepovi se koriste u servisnim baterijama. Oni štite od iznošenja i prskanja elektrolita, ali osiguravaju slobodno oslobađanje plina. Polietilenske granule se mogu koristiti kao punilo za labirint.
Da biste spriječili pogrešno povezivanje baterije na on-board mreža automobila, olovni terminali se razlikuju po veličini, što je ukratko opisano u članku o.
Gotovo sve vrste olovnih akumulatora za automobile su nepopravljive.
Kako radi akumulator automobila
Princip rada automobilskog akumulatora zasniva se na dvije vrste procesa. Kada su potrošači povezani na akumulator (starter, farovi, instrumenti na kontrolnoj tabli automobila, itd.), on se prazni.
U ovom slučaju, kemijska energija se pretvara u električnu energiju, koja se zauzvrat može pretvoriti u toplinsku, mehaničku i svjetlosnu.
Ako na takav izvor napajanja priključite električni motor, tada će se dio električne energije pretvoriti u mehanički, a dio u toplinski.
Kada dođe do punjenja obrnuti proces- električna energija se pretvara u hemijsku energiju.
Prilikom punjenja na katodi, anodi i elektrolitskim pločama nastaju tvari koje ulaze u elektrohemijsku reakciju tijekom pražnjenja. Hemijske reakcije tokom punjenja odvijaju se u suprotnom smeru u odnosu na hemijske reakcije tokom pražnjenja. Ovo objašnjava zašto se baterija naziva reverzibilnim izvorom struje, njen rad je cikličan: pražnjenje-punjenje;
Kako napuniti akumulator automobila?
Postoji veliki izbor načina punjenja.
Baterije se pune neprekidno dok motor radi ili sa posebnim punjačem.
Da biste napunili tvornički pripremljenu bateriju, morate je napuniti elektrolitom i pričekati potrebno vrijeme za impregnaciju, a zatim je spojiti na punjač. Pozitivni pol baterije mora biti spojen na pozitivni pol punjača, a negativni pol na negativni pol. Punjenje možete započeti pod uslovom da temperatura elektrolita u limenkama ne bude viša od 30°C u hladnim područjima i ne viša od 35°C u toplim i toplim vlažnim zonama, inače se mora ostaviti da se ohladi.
Sam proces punjenja je detaljno opisan u uputama za punjači. O punjenju kalcijum baterije Možete čitati.
U zaključku, može se primijetiti da su gotovo sve vrste olovne kiseline akumulatori za automobile nije popravljivo.
Trenutno, pokvarene baterije, in najboljem scenariju, majstori ih spaljuju na vatri da bi dobili olovo. Uglavnom, rabljene baterije se predaju na sabirne punktove za obojene metale ili zamjenjuju za nove uz doplatu.
Princip rada. Baterija pozvao hemijski izvor struja, koja je sposobna da akumulira (akumulira) električnu energiju u sebi i po potrebi je otpusti u vanjsko kolo. Električna energija se akumulira u bateriji kada kroz nju prolazi struja
eksterni izvor (Sl. 158,a). Ovaj proces, tzv punjenje baterije, je praćeno pretvaranjem električne energije u kemijsku, uslijed čega sama baterija postaje izvor struje. Kada se baterija isprazni (Sl. 158, b), dolazi do obrnute konverzije hemijske energije u električnu energiju. Baterija ima veliku prednost u odnosu na galvansku ćeliju. Ako se element isprazni, postaje potpuno neupotrebljiv; baterija je ista. nakon pražnjenja može se puniti i služit će kao izvor električne energije. U zavisnosti od vrste elektrolita, baterije se dele na kisele i alkalne.
Na lokomotivama i električnim vozovima najveća distribucija got alkalne baterije, koji imaju značajno duži period usluge od kiselih. Kiselinske baterije TN-450 se koristi samo na dizel lokomotivama kapaciteta 450 Ah, nazivnog napona - 2,2 V. Baterija 32 TN-450 se sastoji od 32 baterije spojene u seriju; slovo T označava da je baterija ugrađena na lokomotivu, slovo H označava vrstu pozitivnih ploča (razvlačnih).
Uređaj. U kiselinskoj bateriji, elektrode su olovne ploče obložene takozvanim aktivnim masama, koje stupaju u interakciju sa elektrolitom tokom elektrohemijskih reakcija tokom procesa punjenja i pražnjenja. Aktivna masa pozitivne elektrode (anode) je olovni peroksid PbO 2, a aktivna masa negativne elektrode (katode) je čisto (spužvasto) olovo Pb. Elektrolit je 25-34% vodeni rastvor sumporne kiseline.
Ploče akumulatora mogu imati površinski ili rašireni dizajn. Površinske ploče su livene od olova; njihova površina na kojoj se odvijaju elektrohemijske reakcije je povećana zbog prisustva rebara, žljebova itd. Koriste se u stacionarnim baterijama i nekim akumulatorima u putničkim automobilima.
U akumulatorima dizel lokomotiva koriste se ploče raširenog tipa (Sl. 159, a). Takve ploče imaju jezgro napravljeno od legure olova i antimona, u kojem je raspoređen niz ćelija ispunjenih pastom.
Nakon punjenja ćelija ploča pastom, one se prekrivaju olovnim listovima veliki iznos rupe. Ovi listovi sprječavaju ispadanje aktivne mase iz ploča i istovremeno ne sprječavaju pristup elektrolitu.
Početni materijal za izradu paste za pozitivne ploče je olovni prah Pb, a za negativne ploče - prah, olovni peroksid PbO 2, koji se miješa na vodeni rastvor sumporna kiselina. Struktura aktivnih masa u takvim pločama je porozna; zbog toga ne samo površinski, već i duboki slojevi elektroda baterije sudjeluju u elektrohemijskim reakcijama.
Za povećanje poroznosti i smanjenje skupljanja aktivne mase, grafit, čađa, silicijum, stakleni prah, barijum sulfat i drugi inertni materijali tzv. ekspanderi. Ne učestvuju u elektrohemijskim reakcijama, ali otežavaju lepljenje čestica olova i njegovih oksida (sinter) i na taj način sprečavaju smanjenje poroznosti.
Ploče za posipanje imaju veliku kontaktnu površinu sa elektrolitom i dobro su zasićene njime, što pomaže u smanjenju težine i veličine baterije i omogućava dobijanje velikih struja tokom pražnjenja.
Prilikom proizvodnje baterija, ploče se podvrgavaju posebnim ciklusima punjenja-pražnjenja. Ovaj proces se zove kalupljenje baterija. Kao rezultat kalupljenja, pasta pozitivnih ploča se elektrohemijski pretvara u olovni peroksid (dioksid) PbO 2 i dobija Smeđa boja. Negativna ploča pasta, kada se oblikuje, pretvara se u čisto Pb olovo, koje ima poroznu strukturu i stoga se naziva spužvasto; negativne ploče postaju sive.
Neke baterije koriste pozitivne ploče tipa školjke. U njima je svaka pozitivna ploča zatvorena u posebnu školjku (futrolu) od ebonita ili stakloplastike. Školjka pouzdano drži aktivnu masu ploče od osipanja tijekom trešenja i udaraca; za komunikaciju aktivne mase ploča sa elektrolitom, u ljusci su napravljeni horizontalni prorezi širine oko 0725 mm.
Da se ploče ne bi kratko spojile stranim predmetima (sonda za mjerenje nivoa elektrolita, uređaj za punjenje elektrolita itd.), ploče u nekim baterijama su prekrivene polivinilhloridnom mrežicom.
Da bi se povećao kapacitet, u svaku bateriju se postavlja nekoliko pozitivnih i negativnih ploča; istoimene ploče spojene su paralelno u zajedničke blokove, na koje su zavarene izlazne igle. Blokovi pozitivnih i negativnih ploča obično se ugrađuju u posudu za baterije od ebonita (Sl. 159,b) tako da između svake dvije
ploče jednog polariteta su postavljene sa pločama drugog polariteta. Negativne ploče se postavljaju na rubove baterije, jer su pozitivne ploče sklone savijanju kada su postavljene na rubovima. Ploče su odvojene jedna od druge pomoću separatora od mikroporoznog ebonita, polivinil hlorida, staklenog filca ili drugog izolacionog materijala. Separatori sprečavaju mogućnost kratki spoj između ploča kada se iskrive.
Ploče se ugrađuju u akumulatorsku posudu tako da između njihovog donjeg dijela i dna posude ima slobodnog prostora. U ovom prostoru se akumulira olovni sediment (mulj), koji nastaje otpadanjem istrošene aktivne mase ploča tokom rada.
Pražnjenje i punjenje. Kada se baterija isprazni (Sl. 160, a) pozitivni ioni H 2 + i negativni joni kiselog ostatka
S0 4 -, u koje se razgrađuju molekule sumporne kiseline H 2 S0 4 elektrolita 3, usmjeravaju se u skladu s pozitivnim
1 i negativne 2 elektrode i ulaze u elektrohemijske reakcije sa svojim aktivnim masama. Između elektroda postoji
potencijalna razlika od oko 2 V, osiguravajući prolaz električna struja kada je eksterno kolo zatvoreno. Kao rezultat
elektrohemijske reakcije koje se javljaju tokom interakcije vodonikovih jona sa olovnim peroksidom PbO 2 pozitivne
elektroda i joni sulfatnog ostatka S0 4 - sa olovom Pb negativne elektrode nastaje olovni sulfat PbS0 4 (olovni sulfat) u koji se pretvaraju površinski slojevi aktivne mase obje elektrode. Istovremeno, tokom ovih reakcija nastaje određena količina vode, pa se smanjuje koncentracija sumporne kiseline, odnosno smanjuje se gustina elektrolita.
Baterija se teoretski može prazniti sve dok se aktivne mase elektroda u potpunosti ne pretvore u olovni sulfat i dok se elektrolit ne iscrpi. Međutim, u praksi se pražnjenje zaustavlja mnogo ranije. Olovni sulfat koji nastaje tokom pražnjenja je so bijela, slabo rastvorljiv u elektrolitu i ima nisku električnu provodljivost. Stoga se pražnjenje ne vrši do kraja, već samo do trenutka kada oko 35% aktivne mase pređe u olovni sulfat. U ovom slučaju, nastali olovni sulfat se ravnomjerno raspoređuje u obliku sićušnih kristala u preostaloj aktivnoj masi, koja još uvijek zadržava dovoljnu električnu provodljivost da osigura napon između elektroda od 1,7-1,8 V.
Ispražnjena baterija se puni, tj. priključena je na izvor struje sa naponom većim od napona baterije. Prilikom punjenja (Sl. 160, b), pozitivni joni vodonika kreću se prema negativna elektroda 2, a negativni ioni ostatka sumporne kiseline S0 4 - na pozitivnu elektrodu 1 i ulaze u hemijsku interakciju sa olovnim sulfatom PbS0 4, pokrivajući obe elektrode. U toku elektrohemijskih reakcija koje nastaju, olovni sulfat PbS0 4 se rastvara i na elektrodama se ponovo stvaraju aktivne mase: olovni peroksid PbO 2 na pozitivnoj elektrodi i sunđerast olovo Pb na negativnoj. Istovremeno se povećava koncentracija sumporne kiseline, odnosno povećava se gustoća elektrolita.
Elektrohemijske reakcije tokom pražnjenja i punjenja baterije mogu se izraziti jednadžbom
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ? 2PbSO 4 + 2H 2 O
Čitajući ovu jednačinu s lijeva na desno, dobijamo proces pražnjenja, s desna na lijevo - proces punjenja.
Nazivna struja pražnjenja je numerički jednaka 0,1 C NOM, maksimum pri pokretanju dizel motora (starter režim) je približno 3 C NOM, struja punjenja je 0,2 C NOM, gdje je C NOM nazivni kapacitet.
Potpuno napunjena baterija ima e. d.s. oko 2,2 V. Napon na njegovim terminalima je približno isti, budući da je unutrašnji otpor baterije vrlo mali. Prilikom pražnjenja napon baterije prilično brzo pada na 2 V, a zatim polako opada na 1,8-1,7 V (Sl. 161), pri tom naponu se pražnjenje zaustavlja kako bi se izbjeglo oštećenje baterije. Ako se ispražnjena baterija neko vrijeme ostavi neaktivna, njen napon se vraća na prosječnu vrijednost od 2 V. Ova pojava se naziva „ostatak“ baterije. Prilikom punjenja tako "odmorne" baterije, napon se brzo smanjuje, tako da Mjerenje napona baterije bez opterećenja ne daje ispravan sud o stepenu pražnjenja.
Prilikom punjenja, napon baterije brzo raste na 2,2 V, a zatim polako raste do 2,3 V, i na kraju opet prilično brzo raste na 2,6-2,7 V. Na 2,4 V počinju se pojavljivati mjehurići plina koji nastaju kao rezultat razgradnje vode u vodonik i kiseonik. Na 2,5 V obje elektrode emituju jak mlaz plina, a na 2,6-2,7 V baterija počinje ključati, što služi kao znak kraja punjenja. Prilikom odvajanja baterije od izvora struja punjenja njegov napon brzo pada na 2,2 V.
Briga o bateriji. Kiselinske baterije brzo gube kapacitet ili čak postaju potpuno neupotrebljive kada
nepravilna upotreba. U njima dolazi do samopražnjenja, zbog čega gube kapacitet (otprilike 0,5-0,7% dnevno). Da bi se kompenziralo samopražnjenje, baterije u stanju mirovanja moraju se periodično puniti. Kada su elektrolit, kao i poklopci akumulatora, njihovi terminali i međuelementni spojevi kontaminirani, dolazi do pojačanog samopražnjenja, što brzo prazni bateriju.
Baterija treba da bude uvek čista, a terminali treba da budu prekriveni tankim slojem tehničkog vazelina kako bi se zaštitili od oksidacije. Povremeno morate provjeravati nivo elektrolita i stanje napunjenosti baterija. Baterije se moraju periodično puniti. Zabranjeno je skladištenje nenapunjenih baterija. U slučaju nepravilne upotrebe baterija (pražnjenje ispod 1,8-1,7 V, sistematsko nedovoljno punjenje, nepravilno punjenje, dugotrajno skladištenje nenapunjena baterija, smanjenje nivoa elektrolita, prekomjerna gustina elektrolita), dolazi do oštećenja njihovih ploča tzv. sulfatiranje. Ovaj fenomen se sastoji u prelasku finokristalnog olovnog sulfata, koji prekriva ploče tokom pražnjenja, u nerastvorljivi grubo-kristalni hemijska jedinjenja, koji se, kada se napune, ne pretvaraju u olovni peroksid PbO 2 i olovo Pb. U tom slučaju baterija postaje neupotrebljiva.
Do nedavno, najčešći način skladištenja električne energije bio je korištenje olovnih baterija. Oni se, na primjer, široko koriste u sistemima neprekidnog napajanja niske snage, ali su apsolutno neprikladni za svakodnevno pumpanje velikih tokova energije. Razvojem tehnologije na tržištu su se pojavile litijum-jonske (LIB) baterije.
Visoka reaktivnost i sposobnost litijuma da interkalira (prodira) u kristalnu rešetku drugog materijala omogućava mu da ostane u atomskim vezama veliki broj energije, stoga služi kao idealan uređaj za skladištenje.
Zahvaljujući nanostrukturiranoj topologiji, litijum-jonske baterije imaju bezuslovne prednosti u odnosu na sve postojeće analoge u nizu tehničkih karakteristika:
- Struje punjenja i pražnjenja su neviđeno visoke. LIA-ina sposobnost percepcije visoka struja punjenje vam omogućava da akumulirate energiju na mreži. Pražnjenje može biti pet puta veće od punjenja, što ukazuje na mogućnost trenutnog oslobađanja ogromne količine energije.
- Vrlo nisko samopražnjenje, ne prelazi 2% početne napunjenosti mjesečno
- Nema efekta memorije (ne zahtijeva potpuno pražnjenje prije ciklusa punjenja).
- Visok elektrohemijski potencijal (gustina energije);
- Rad u širokom temperaturnom rasponu (od -40°C +50°C).
Prije samo nekoliko godina, olovne baterije nisu imale konkurenciju u ovoj oblasti, budući da su alternativne baterije bile vrlo skupe, pa stoga njihovo korištenje nije bilo ekonomski isplativo.
No, razvojem tehnologije na tržištu su se pojavile litijum-jonske (LIB) baterije koje na prvi pogled imaju veću cijenu, međutim, ako bolje pogledamo, u UPS sistemima od 50 kW upotreba LIB-a ima veću ekonomičnost. efikasnost. Ispod su poređenja.
Glavni parametri svake baterije su:
- Kapacitet: Koliko energije baterija može pohraniti na 1 kg težine
- Struja pražnjenja: Koliko brzo baterija može osloboditi pohranjenu energiju
- Efikasnost: gubitak energije tokom punjenja i pražnjenja
- Broj ciklusa pražnjenja i punjenja
- Rok trajanja - ili rok upotrebe
| Kriterijum | Olovo | LIA |
| Kapacitet (W/kg) | 25 | 110 |
| Struja pražnjenja (pri kojoj baterija oslobađa cijeli svoj kapacitet) | 0,1C (10% struje kapacitivnosti) | 3C (300% struje kapacitivnosti) |
| Efikasnost | 80% | 97% |
| Broj ciklusa pražnjenje-punjenje | 700 | 5000 |
| Rok trajanja - ili rok upotrebe | 3,5 godine | 25 godina |
Kao što se može vidjeti iz tabele, LIB imaju značajne prednosti u odnosu na olovne baterije. To je prvenstveno zbog činjenice da oni drugačiji princip akcije. U olovnim baterijama olovne elektrode stupaju u kemijsku reakciju s elektrolitom - sumpornom kiselinom, zbog čega se akumulira električna energija. Ali s vremenom, kiselina stvara olovni sulfat na površini elektroda, što bateriju čini neupotrebljivom. Prerano starenje olovna baterija se dešava na isti način kada se isprazni velike struje i paralelna veza, koja se često koristi za povećanje ukupnog kapaciteta.
U LIB-ima, kao takvima, ne dolazi do hemijske reakcije, već dolazi do migracije litijum-jona sa elektrode na elektrodu, akumulirajući ili oslobađajući naboj, zbog čega LIB ima značajno najbolje karakteristike. Pražnjenje sa jačinom struje pet puta većom od nazivnog kapaciteta baterije - normalan način rada. Dozvoljeno paralelna veza, jer Kontroler punjenja/pražnjenja je instaliran na svakoj baterijskoj ćeliji.
Da bismo procijenili ekonomske koristi od korištenja određene tehnologije, uzimamo u obzir troškove početne instalacije, kao i troškove daljnjeg rada. Kao primjer, uzmimo UPS od 300 kVA tokom vremena neprekidan rad 30 min. Ovo vrijeme je odabrano jer bi upravo ovo vrijeme bilo dovoljno, ako je potrebno, da se pokrene i pusti u rad rezervni generator, a generatori se, kao što znamo, ne pali prvi put, pogotovo ako su u rezervi.
| UPS 300 kVA. DC napon 400 V. Vrijeme rada pri punom opterećenju 30 min. | |||
| Kriterijum | Olovo | Lithium | Komentari |
| Kada radi pri punom opterećenju, UPS će trošiti 750A tokom 30 minuta. Potreban kapacitet i vrsta baterije | OPzV 1200 Ah (2V) 185 KOM | LIA 400Ah (3.2V) 125 KOM. | Baterija zahtijeva velike struje pražnjenja, koje mogu podržati samo pojedinačne ćelije od 2,14 V. Pri visokim strujama pražnjenja, olovno-kiselinska baterija ne isporučuje 100% svog kapaciteta. Preporučene struje pražnjenja proizvođača potvrđuju da bi minimalni kapacitet baterije trebao biti 1200 Ah. Sa litijumom nema problema, pa je ugrađena baterija skoro nominalnog kapaciteta. |
| Cijena | Isto | Isto | Obično se cijena baterije izračunava na osnovu cijene jednog amper sata. Navedene cijene su prosječne na tržištu. Cijena za LIB bateriju data je uzimajući u obzir cijenu upravljačkog sistema. |
| Težina baterije | U prosjeku 100 kg po elementu 185*100=18500 kg | U prosjeku 11 kg po elementu 125*11=1375 kg | Kada koristite LIB baterije, trebat će vam veličina prostorije (površina i maksimalno opterećenje poda) 13 puta manje nego za olovo. |
| Vijek trajanja prije zamjene | 3,5 godine | 25 godina | Vijek trajanja olovnih OPzV baterija je 20 godina, ali ne traju toliko dugo. Činjenica je da proizvođač navodi vijek trajanja kada se baterija isprazni strujom ne većom od 10% nominalnog kapaciteta, što znači za bateriju od 1200Ah, to je samo 120A. Struja pražnjenja ovog UPS-a je 750A, što je 6 puta više od preporučene. S takvom silom pražnjenja olovne baterije mnogo brže propadaju, a gubitak kapaciteta je primjetan već nakon nekoliko ciklusa pražnjenja. |
| Troškovi održavanja | Visoko | br | Možete ugraditi 6 puta više olovnih baterija tako da traju 18 godina, ali cijena takvog niza bit će astronomska. LIB radi u normalnom načinu rada i trajat će navedeno vrijeme rada bez zamjene. |
Pražnjenje olovne baterije jednosmernom strujom, A.
Konačni napon 1.75V element na 20°C
| Označavanje | minuta | Gledaj | |||||||
| 10 | 15 | 30 | 1 | 2 | 3 | 5 | 8 | 10 | |
| OPzV-200 | 261 | 230 | 171 | 122 | 79 | 58 | 39 | 27 | 21 |
| OPzV-250 | 302 | 287 | 213 | 152 | 98 | 73 | 49 | 33 | 26 |
| OPzV-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 |
| OPzV-600 | 477 | 454 | 388 | 302 | 219 | 168 | 118 | 85 | 66 |
| OPzV-800 | 740 | 693 | 580 | 422 | 293 | 223 | 157 | 113 | 82 |
| OPzV-1000 | 887 | 823 | 681 | 515 | 370 | 282 | 197 | 131 | 103 |
| OPzV-1200 | 956 | 903 | 790 | 614 | 450 | 342 | 237 | 165 | 123 |
| OPzV-1500 | 1011 | 995 | 874 | 697 | 521 | 407 | 294 | 197 | 155 |
| OPzV-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 |
Zaključak. Primarni trošak olova će biti veći, a sa primarnom razlikom u cijeni od 11%, upotreba LIB-a će omogućiti:
- Smanjite površinu (zapreminu) prostorije za smještaj UPS sistema za 13 puta.
- Smanjite težinu nosača baterija za 13 puta.
- Produžite vijek trajanja najmanje tri puta prije zamjene baterije. Saving prilikom rada LIB-a, preko 20 godina će biti najmanje 350%, na osnovu obračuna primarnih troškova, troškova održavanja, periodične zamjene i trostrukog odlaganja olovnih baterija.
Upotreba naše tehnologije omogućava direktnu zamjenu Olovne ili nikl-kadmijumske baterije na LIA, BEZ ikakvog konstruktivne promjene ili dodaci sistemu za punjenje ili povezivanje! Čak i skakači mogu ostati stari.
