Емкостные аккумуляторы что это

6. От чего зависит емкость аккумулятора?

Ток разряда

О бычно производитель назначает номинальной емкость свинцового аккумулятора при длительных (10, 20 или 100 часов) разрядах. Емкость аккумулятора при таких разрядах обозначается как С₁₀, С₂₀ или С₁₀₀. Мы можем рассчитать ток, протекающий через нагрузку при 20-часовом (например) разряде — I₂₀:

З начит ли это, что при 15-минутном (1/4 часа) разряде ток будет равен Е₂₀ х 4 ? Нет, это не так. При 15-минутном разряде емкость свинцового аккумулятора обычно составляет чуть менее половины номинальной емкости. Поэтому и ток I_0.25 не превышает Е₂₀ х 2. Т.е. ток разряда и время разряда свинцового аккумулятора не пропорциональны друг другу.

З ависимость времени разряда от тока разряда близка к степенной. Распространена, в частности, формула (закон) Пейкерта (Пекерта) — по имени немецкого ученого Peukert. Пейкерт установил, что:

Здесь p — число Пейкерта — показатель степени, постоянный для данного аккумулятора или типа аккумуляторов. Формула Пейкерта действует и для современных герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов.

Д ля свинцовых аккумуляторов число Пейкерта обычно изменяется от 1.15 до 1.35. Величину константы в правой части уравнения можно определить по номинальной емкости аккумулятора. Тогда, после нескольких преобразований, получим формулу для емкости аккумулятора E при произвольном токе разряда I:

Здесь E_н — номинальная емкость аккумулятора, а I_н — ток разряда, при котором задана номинальная емкость (обычно ток 20-часового или 10-часового разряда).

Конечное напряжение разряда

П о мере разряда напряжение на аккумуляторе падает. При достижении конечного напряжения разряда аккумулятор отключают. Чем меньше конечное напряжение разряда, тем больше емкость аккумулятора. Производитель аккумулятора устанавливает минимальное допустимое конечное напряжение разряда (оно зависит от тока разряда). Если напряжение аккумулятора становится меньше этой величины (глубокий разряд), аккумулятор может выйти из строя.

Температура

П ри повышении температуры от 20 до 40 градусов Цельсия емкость свинцового аккумулятора возрастает примерно на 5%. При уменьшении температуры от 20 до 0 градусов Цельсия емкость аккумулятора уменьшается примерно на 15%. При уменьшении температуры еще на 20 градусов, емкость аккумулятора падает еще на 25%.

Износ аккумулятора

Е мкость свинцового аккумулятора в состоянии поставки может быть чуть больше или чуть меньше номинальной емкости. После нескольких циклов разряд-заряд или нескольких недель пребывания под «плавающим» зарядом (в буфере) емкость аккумулятора увеличивается. При дальнейшей эксплуатации или хранении аккумулятора емкость аккумулятора падает — аккумулятор изнашивается, стареет и в конце концов должен быть заменен новым аккумулятором. Чтобы заменить аккумулятор вовремя, за износом аккумулятора лучше следить с помощью современного тестера емкости аккумулятора — индикатора емкости свинцовых аккумуляторов «Кулон»

7. Как проверить емкость свинцового аккумулятора?

К лассическим методом проверки аккумулятора является контрольный разряд. Аккумулятор заряжают, а затем разряжают постоянным током, регистрируя время до конечного напряжения разряда. Дальше определяют остаточную емкость аккумулятора по формуле:

Е [А*час]= I [А] * T [час]

Т ок разряда обычно выбирают таким, чтобы время разряда примерно соответствовало 10 или 20 часам (в зависимости от того, для какого времени разряда указана номинальная емкость аккумулятора). Теперь можно сравнить остаточную емкость аккумулятора с номинальной емкостью. Если остаточная емкость составляет менее 70-80% номинальной емкости, аккумулятор выводят из эксплуатации, потому что при таком износе, дальнейшее старение аккумулятора будет происходить очень быстро.

Н едостатки традиционного метода контроля емкости аккумулятора очевидны:

• сложность и трудоемкость;
• выведение аккумулятора из эксплуатации на длительный срок.

Для быстрого теста аккумуляторов сейчас существуют специальные приборы, которые позволяют проверить емкость аккумулятора за несколько секунд.

Источник

Автомобили с емкими аккумуляторами – вполне реальная перспектива

Из-за высокой стоимости и ограниченного пробега электрические автомобили пока сложно считать привлекательным предложением, и их самые дорогие и ограничивающие составляющие – это аккумуляторные батареи.

Но аккумуляторы сами по себе открывают новые возможности для дизайна, ведь им можно придавать любую форму в отличие от бензобаков, и, кроме того, их можно изготавливать из несущих материалов. Сделав батареи безопаснее с химической точки зрения, ими можно заменить обычные дверные панели и другие части кузова, что в перспективе сделает автомобиль значительно легче, просторнее и дешевле. Именно это и есть один из способов успеха в конкуренции электромобилей с бензиновыми машинами.

В настоящее время возможность применения аккумуляторов в качестве конструкционных материалов ограничена использованием возгораемого электролита, но ученые разрабатывают более безопасные химические вещества для широкого применения. Кроме того, этот подход поднимает ряд практических вопросов: можно ли кузовную панель, сохраняющую энергию, конструировать так, чтоб автомобиль продолжил работать даже с вмятиной на ней?

Как дорого будет стоить такой кузов? Но необходимость продавать больше электрических автомобилей и гибридов, а также соответствовать строгим стандартам экономии топлива заставят автопроизводителей использовать такой дизайн.
Аккумуляторы – это единственная самая дорогая часть в электромобилях, а потому более дешевый способ их производства также снизит цену и на сами электромобили. Но даже без значительных научных открытий новый дизайн батарей может сделать автомобиль легче.

Один из примеров – дизайн аккумулятора для Model S, разработанный компанией Tesla. Металлический кожух, защищающий батарею, также служит для укрепления рамы автомобиля, уменьшая при этом общий объем необходимого металла.
Недавно компания Volvo продемонстрировала другой подход с использованием литий-ионных батарей из тонких пленок материала, которые скатываются или складываются для формирования элемента батареи.

Исследователи из Технического университета Лулео в Швеции в сотрудничестве с компанией Volvo разместили эти пленки между листами углепластика. Получившаяся структура использовалась для замены пластиковых частей кузова и небольших обычных батарей в гибридной версии Volvo S80. (Автомобиль представляет собой гибрид с системой «старт-стоп», использующий аккумулятор для остановки двигателя во время бездействия.)

В рамках перспективных исследований в энергетической сфере под руководством Министерства энергетики США тратится сумма в 37 миллионов долларов на проекты использования аккумуляторов в качестве конструкционных материалов. В двух таких проектах исследователи ищут способы конструирования аккумуляторных батарей, которые смогут накапливать энергию во время аварии, придя на замену материалам, в данное время используемым для безопасности пассажиров.

В большинстве научных разработок, существующих в данное время, все еще используются обычные элементы аккумулятора – те комплектующие, которые в действительности сохраняют энергию. Если есть возможность создать более безопасные элементы, тогда это обеспечит большую гибкость в проектировании автомобиля. Пропадет необходимость упаковывать их в защитные кожухи или же регулировать температуру для предотвращения возгорания.

«Если не заботиться о защите аккумулятора, можно проявить гораздо больше креативности. Перестаешь ограничиваться архитектурой привычных автомобилей», — рассказывает Пинг Лью, принимающий участие в вышеописанном проекте.

С этой целью ряд ученых разрабатывает новые химические формулы, в которых не используются воспламеняемые электроды, а потому аккумуляторы можно безопасно применять в конструкции дверных панелей. Исследователи рассматривают возможность замены легко воспламеняемого электролита менее пожароопасными полимерами, материалами на основе воды и керамикой. Разработав безопасный электролит, исследователи будут искать способы использования электродов в элементах аккумулятора в качестве несущих частей.

У компании Volvo есть экспериментальная версия такой конструкции с использованием углеродных волокон в композитных материалах как для хранения и передачи электрического тока, так и для укрепления композитов. Устройству придали форму крышки багажника. Но производимого им электричества достаточно лишь для нескольких светодиодов, а потому устройство не может заменить аккумулятор в электрическом или гибридном автомобиле.

В Имперском колледже Лондона разрабатывается новая версия, в которой эпоксидная смола, обычно используемая для склеивания углеродных волокон в композите, заменена смесью жестких материалов и ионных жидкостей, способных проводить заряженные молекулы. Таким образом, получается нечто вроде конденсатора большой емкости, способного хранить достаточно энергии для использования вместо аккумулятора в гибриде, оснащенном системой «старт-стоп».

Что касается электрических и гибридных автомобилей с более крупными аккумуляторами, конденсаторы с большой емкостью не могут сохранять достаточно энергии. Так, чтобы обеспечить приличный пробег, некоторые исследователи разрабатывают литий-ионные батареи, в которых для одного электрода используются углеродные волокна, тогда как для другого – обычные литий-ионные материалы. Другие ученые изобрели полимерный электролит, который не воспламеняется, на замену обычному, пожароопасному электролиту.

Получившийся материал даст возможность убить двух зайцев одним выстрелом.
Очевидно, что такой новый электролит и элементы аккумулятора с несущими возможностями требуют еще более десяти лет работы до использования в автомобилях. Трудно обеспечить, чтоб батарея сохраняла большой объем электричества, а также была достаточно крепкой как конструкционный элемент.

На первых этапах такие аккумуляторы следует ожидать в портативной электронике, где несущие батареи заменят традиционные пластиковые корпусы. Но если части машин в один прекрасный день можно будет изготавливать из несущих аккумуляторов, то батареи в конечном итоге превратятся из ограничивающего фактора в хит продаж.

Трудно быть впереди всех, особенно, когда дело касается высоких технологий. Не редкие случаю, когда компании воруют друг у друга идеи и технологии, вот поэтому нужно устанавливать самые лучшие входные двери для защиты свой информации, и обязательно все патентовать.

Источник

Аккумуляторы. Термины и сведения.

Аккумуляторы. Термины и сведения.

Аккумулятор (от лат. accumulator — собиратель), устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. Электрический аккумулятор преобразует электрическую энергию в химическую и по мере надобности обеспечивает обратное преобразование; используют как автономный источник электроэнергии. Аккумулятор, как электрический прибор, характеризуется следующими параметрами: электрохимической системой, напряжением, электрической емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы. А его состояние оценивается по совокупности значений трех его основных характеристик: реальной емкости, внутреннего сопротивления и тока саморазряда. При недооценке или игнорировании какого-либо из этих параметров или преувеличении важности одного из них (как правило, емкости) можно оказаться в ситуации «у разбитого корыта».

Анализаторы аккумуляторов. В отличие от зарядного устройства анализатор аккумуляторов — это прибор, специально разработанный для проведения технического обслуживания различных типов аккумуляторов и обеспечивающий:

Внутреннее сопротивление аккумулятора, измеряемое в миллиомах (мОм, mOm), — это хранитель аккумулятора и в значительной степени определяет длительность его работы. При более низком внутреннем сопротивлении, аккумулятор может отдать в нагрузку больший пиковый ток, а значит и большую пиковую мощность. Высокое значение сопротивления делает аккумулятор ‘мягким’ и приводит к резкому уменьшению напряжения при резком увеличении тока нагрузки. Такой коллапс напряжения характеризует ‘слабость’ внешне хорошего аккумулятора, потому что запасенная энергия не может быть полностью выдана в нагрузку (вспомните закон Ома, примеч. переводчика). С другой стороны, ‘крепкий’ аккумулятор с низким внутренним сопротивлением отдает почти всю свою энергию в нагрузку. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от емкости элемента и числа элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно. Измеряется внутреннее сопротивление аккумуляторов на специальных приборах — анализаторах аккумуляторов, например, типа Cadex C7000. Примерные значения внутреннего сопротивления для аккумуляторов различных электрохимических систем для сотовых телефонов при напряжении аккумулятора 3.6 В приведены в таблице:

Восстановление NiCd и NiMH аккумуляторов — процесс с физической точки зрения обратный эффекту памяти — разукрупнение кристаллических образований до мелкодисперсной структуры путем контролируемого разряда небольшим током до напряжения 0.4 вольта на элемент по специальному алгоритму и на специальных приборах — анализаторах аккумуляторов, например, типа Cadex 7000.

імкость аккумулятора, номинальная — это количество электрической энергии, которой аккумулятор теоретически должен обладать в заряженном состоянии. Количество энергии определяется при разряде аккумулятора постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения. Измеряется в ампер-часах (А*час) или миллиампер-часах (mA*час). Ее значение указывается на этикетке аккумулятора или зашифровано в обозначении его типа. Практически эта величина колеблется от 80 до 110% от номинального значения и зависит от большого числа факторов: от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения, от технологии ввода в эксплуатацию, технологии обслуживания в процессе эксплуатации, используемых зарядных устройств, условий и срока эксплуатации и т.д. Теоретически аккумулятор номинальной емкостью 600 мА*час может отдавать ток 600mA в течение одного часа, 60 мА в течение 10 часов, или 6mA в течение 100 часов. Практически же, при высоких значениях тока разряда номинальная емкость никогда не достигается, а при низких токах превышается. Для примера на рисунке приведены типовые характеристики разряда Li-ion и Li-polymer элементов при различных токах разряда.

Типовые характеристики разряда Li-ion и Li-polymer элементов

Номинальное значение емкости аккумулятора часто обозначается буквой “C”, поэтому здесь и далее часто встречаются ссылки, подобные следующим: С, 1/10 C или C/10. Когда говорят о разряде аккумулятора, равном 1/10 C, это означает разряд током, величина которого равна десятой части от величины номинальной емкости аккумулятора. Так например, для аккумулятора емкостью 600 мА*час это будет разряд током 600/10 = 60mA. Подобно вышесказанному о разряде аккумуляторов, при заряде значение 1/10 C означает заряд током, равным десятой части заявленной емкости аккумулятора.

Зарядные устройства можно классифицировать по типу заряжаемых аккумуляторов, по методу заряда и по конструктивному исполнению. В соответствии с тремя основными методами заряда существует и три основных типа зарядных устройств:

Качество исполнения. А известно ли вам, что производители подразделяют элементы, которые устанавливаются внутри аккумулятора на три класса по качеству? Никто не пишет об этом и вы никогда не найдете упоминание классе используемых в аккумуляторе элементов на этикетке. Восполним этот пробел и поясним чем элементы класса А отличаются от элементов класса В и С. Впрочем, тут надо отметить, что у разных производителей границы различий элементов между классами могут отличаться в ту или иную сторону. Качественные и количественные характеристики приведены в таблице.

Источник