Как устроен литий ионный аккумулятор

Аккумуляторные батареи для электромобилей — что важно знать о АКБ ⚡ HEvCars

Для потенциального владельца, а также людей, которые интересуются тенденциями развития экологичного транспорта первым пунктом вызывающим интерес, являются аккумуляторные батареи электрокара. Поскольку этот элемент в традиционном понимании автомобиля олицетворяет топливный бак, следовательно, возникает множество аналогий и вопросов.

Какие существуют аккумуляторные батареи? Сколько они заряжаются? Какова длительность эксплуатации? Как их обслуживать? Сколько стоят и какие производители лучше? Что делать с подержанными АКБ далее?
Для полноты восприятия механизма работы аккумуляторных батарей их различий, достоинств и недостатков, в данной статье попробуем рассмотреть все основные характеристики.

Аккумуляторная батарея Chevrolet Bolt EV media.gm.com

Типы аккумуляторных батарей для электромобилей

В современном производстве электромобилей, чаще всего используют литий-ионные батареи. Средний период эксплуатации таких аккумуляторов составляет порядка 8 лет, что подтверждают сами производители АКБ.

Определяющей характеристикой для литий-ионных батарей, является возраст и число циклов зарядов батареи, то есть сколько раз данную батарею можно заряжать в период эксплуатации.

Среднее число полных «зарядок» современных аккумуляторных батарей для электромобилей составляет несколько тысяч циклов.

Кроме этого важную роль играет корректная эксплуатация АКБ, которая включает:

• правильную зарядку и разрядку батареи;
• разумную эксплуатацию в зимний период;
• грамотный расчет производительности;
• температурный режим использования;
• использование ПО для определения состояния батарей, к примеру Leaf Spy Pro, которая показывает, какие ячейки аккумуляторов Nissan Leaf битые, а какие живые.

Большинство литий-ионных аккумуляторов работает на графитных электродах кобальтатов лития с напряжением в 36В и продуцируемой мощностью 15 кВт. Также существуют литиевые источники питания, которые различаются по внутренним компонентам на такие типы:

1. Никель-кобальт-марганцевые. Использование кобальта, который немного дороже марганца увеличивает термин эксплуатации батареи. Небольшим недостатком батарей, считается их чувствительность к высоким температурам.
2. Никель-кобальт-алюминиевые. По своим параметрам схожи с п.1, но дешевле благодаря замене дорого марганца, алюминием.
3. На основе сплава фосфат железа. Надежные и стабильные в эксплуатации, однако аккумуляторов такого типа требуется больше, поскольку они функционируют на пониженном напряжении.

Отметим, что предпочтение отдается литий-ионным источникам питания, ввиду их большей емкости и отдачи энергии. Именно они позиционируются, как главный тип аккумуляторных батарей для электромобилей.

Обслуживание и замена аккумуляторных батарей электромобиля

Разумеется, заменить аккумуляторную батарею можно на любом электромобиле. Однако, это далеко не так просто, как сменить батарейки в пульте ДУ. Замена аккумуляторной батареи в электрокаре скорее напоминает установку компьютерного оборудования, когда кроме подключения «девайса» по разъемам и шлейфам, необходимо установить еще и различные драйвера.

Тоже происходит и здесь, после установки аккумуляторной батареи она должна пройти согласование и регистрацию с помощью программы бортового компьютера. Поэтому быстро снять аккумулятор с одного авто и установить на другой не выйдет. Процедура требует определенного обслуживания.

Замена аккумулятора электрокара производится в случае падения его емкости, из-за чего существенно сокращается запас хода и как результат эффективность использования электромобиля.

Аккумуляторная батарея самого популярного электромобиля в Украине Nissan Leaf newsroom.nissan-europe.com

Механические повреждения АКБ электромобилей, если не учитывать ДТП, довольно редкое явление, которое требует индивидуального решения от замены аккумулятора до полной реорганизации системы.

Отдельно стоит отметить, что современные АКБ электромобилей можно менять блоками, то есть только «битые» ячейки, которые перестали работать. Это существенно удешевляет эксплуатацию электромобилей и упрощает ремонт системы.

Что касается расчета емкости аккумуляторных батарей, то серьезно задумываться над их заменой нужно только после 8 лет эксплуатации, когда запас хода начинает уменьшаться на 20-30% ежегодно.

До этого процесс «старения» и уменьшения емкости батарей меняется в зависимости от индивидуальных особенностей модели, а также придерживания правил корректной эксплуатации.

Таким образом, даже с б/у аккумулятором, самый популярный в Украине электрокар Nissan Leaf способен проезжать 100-120 километров от начальных 160.

Ячейки аккумуляторных батарей BMW press.bmwgroup.com

Как падает емкость аккумулятора электромобиля спустя несколько лет?

В большинстве своем в батареях используется литий-марганцевый катод, который собственно и обеспечивает весь функционал батареи, однако он является чувствительным к теплу и отличается ускоренным разрушением и потерей мощности при увеличивающейся температуре.

Существует два источника потери емкости аккумулятора: календарная и эксплуатационная.
Календарная потеря емкости — это потеря с течением времени, а эксплуатационная связана с зарядкой и разрядкой аккумулятора. Эксплуатационные потери зависят от максимального уровня заряда и от глубины разряда, разница между которыми представляет собой процент от общего диапазона мощности, который используется во время цикла.

Технически срок службы батареи состоит их четырех переменных:

• средняя температура;
• стандартное отклонение температуры;
• среднее состояние заряда;
• стандартное отклонение заряда.

Согласно этим критериям кривая потери емкости аккумуляторных батарей с течением времени выглядит следующим образом:

Кривая потери емкости аккумуляторных батарей с течением времени electricvehiclewiki.com

Если объяснять более доступным языком на конкретном примере, то наиболее оптимальным режимом зарядки батареи Nissan Leaf, в соответствии указанных переменных будет: первые 150 циклов — 6 кВт, последующие циклы 10-12 кВт. Это лучший из вариантов, который минимизирует прежде всего эксплуатационные потери мощности.

Время и способ зарядки аккумуляторных батарей электромобилей

Зарядка электромобиля

На сегодняшний день существует 4 способа зарядки электрокаров:

1. Использование бытовых электросетей в 220 В. Самый популярный способ зарядки, который согласно статистике использует 90% владельцев электромобилей.
2. Зарядка с использованием переменного тока с защитой внутри кабеля для подзарядки, входящего в комплектацию автомобиля.
3. Зарядка от однофазной или трехфазной электросети АЗС с применением специального разъема кабеля.
4. Зарядка электромобиля от специальных электрических заправочных станций быстрым током.

Несмотря на то, что большинство владельцев электромобилей в Украине хотели бы иметь собственный гараж и зарядную станцию, электрокары это преимущественно городские авто чьи владельцы зачастую ограничены лишь парковочным местом на стоянке или во дворе. Это не слишком большой недостаток, поскольку крупные города уже обладают достаточно разветвленной инфраструктурой электрических АЗС, тем не менее, на зарядку АКБ до 80% показателей, придется потратить от 30 минут до одного часа.

Стоимость аккумуляторных батарей для электромобилей, производители и перспективы рынка

На текущий момент, если ориентироваться на самый доступный электрокар Украины Nissan Leaf и на главный эталон отрасли Tesla Model S, то первый оснащается батареями собственного производства, а основным поставщиком аккумуляторных батарей для Tesla является компания Panasonic, также стоит отметить батареи производства LG, которыми оснащается популярный Chevrolet Bolt.

Работают над улучшением аккумуляторов и другие автопроизводители, к примеру, недавно новую твердотельную батарею с запасом хода 800 км разработала компания Fisker, а корейский концерн Samsung представил на Франкфуртском автосалоне свои многофункциональные аккумуляторные батареи.

В число других востребованных производителей аккумуляторных батарей для электромобилей входят швейцарская компания MES DEA, Beta Research&Development Ltd из Британии, греческая фирма Sunlight, немецкая VARTA. Особого внимания заслуживает анонсированный на 2018 год запуск крупнейшего в мире завода по производству аккумуляторных батарей от компании TESLA.

Также, пока еще на уровне стартапов существует несколько компаний, которые работают над усовершенствованием АКБ для электромобилей. Серьезные успехи в этом направлении демонстрируют:

• британская компания SuperCapacitor Materials — занятая разработкой конденсаторов способных заменить традиционные аккумуляторы;
• компания Phinergy — разрабатывающая прототип металло-воздушного аккумулятора;
• стартап из Австрии Kreisel Electric — занятый оптимизацией и улучшением эргономики АКБ.

Так что в ближайшем будущем мы можем вполне можем рассчитывать на кардинальное изменение аккумуляторных систем электромобилей и их способа подзарядки.

Что делать с использованным аккумулятором?

Видятся разные перспективы, одна из которых утилизация АКБ. Но тут возникает вопрос: утилизация — это фактическое уничтожение дорогостоящего комплектующего, которое уже не годится для электромобиля, но еще вполне подлежит использованию в менее требовательной сфере, как же можно еще использовать оставшийся ресурс батарей?

Ведущие производители электрокаров предлагают первоначальную альтернативу утилизации: использование подержанных АКБ в бытовых системах накопления энергии от альтернативных источников.

То есть использовать бывшие батареи электромобилей в качестве аккумуляторов для накопления энергии, вырабатываемой солнечными батареями и ветряными генераторами.

К слову, идея не нова, ведь Tesla давно производит комплексы АКБ никак не связанные с электрокарами, а выпускаемые для альтернативной энергии солнечных панелей.

Если применить этот опыт в Украине, можно рассчитывать на то, что продажа б/у электромобильных батарей в Украине способна превратиться в бизнес. Альтернативная энергетика в Украине развивается и если эффективность подобного использования батарей будет доказана или реализована отдельными «энтузиастами», то владельцы электромобилей смогут продавать подержанные батареи пользователям «зеленого тарифа» за вполне приемлемые деньги.

Хранение бывших в употреблении аккумуляторов BMW i3 press.bmwgroup.com

Еще одним вариантом, который уже начали воплощать некоторые компании — это строительство заводов для хранения, переработки и ремонта бывших в употреблении аккумуляторов, пока такой проект реализован концерном BMW, но в скором времени ожидается открытие подобного предприятия компании Renault.

Источник: https://hevcars.com.ua/reviews/akkumulyatornyie-batarei-dlya-elektromobiley/

Что собой представляет и как работает литий-ионный аккумулятор

Об аккумуляторах литий-ионного класса сегодня слышали, пожалуй, все. Они представляют собой универсальный тип батарей, которые нашли свое применение в портативной электронике, специнструменте, электротранспорте.

Литий ионный аккумулятор – это одна из разновидностей электрических АКБ, которая характеризуется малым саморазрядом (потери емкости – не более 5-10 % в год) на фоне высокой емкости и значительного срока службы. Свое название данные элементы питания получили благодаря тому, что в качестве катодных

материалов они используют литиевые производные (литий-феррофосфат, кобальтат лития, литий-марганцевую шпинель и т.д.), а переносчиками заряда в них выступают ионы лития со знаком плюс, которые способны проникать в кристаллическую решетку других материалов, провоцируя необходимую химическую реакцию.

Чтобы понять, как устроен Li-ion аккумулятор, предлагается последовательно изучить его структуру:

• в основе системы находятся электроды (катод которых из оксида лития на алюминиевой фольге, анод – из пористого углерода на медной фольге);
• между электродами расположен сепаратор с пористой структурой, хорошо прописанный электролитом – проводником;
• набор электродов забран в специальный герметичный корпус, причем, катоды и аноды этих элементов подключены к токосъемникам;
• дополнительно в конструкцию может включаться клапан-предохранитель, главная задача которого – сброс внутреннего давления в экстренных ситуациях.

В зависимости от формы корпуса изделия, выделяют цилиндрический и призматический виды литий-ионных аккумуляторов. Принцип устройства призматических моделей заключается в составлении друг на друга прямоугольных пластин, в то время как цилиндрические конструкции представлены рулонообразным пакетом электродов с сепаратором, которые закрыты в герметический корпус из металла (сталь, алюминий).

Разработчики аккумуляторных батарей сегодня часто экспериментируют с составом катода, стараясь добиться совершенствования параметров элемента питания без ущерба для его функциональности и долговечности.

Литиевый аккумулятор: принцип работы

Суть работы батареи на литии состоит в обеспечении оптимальных условий для перемещения ионов металла внутри системы (а точнее – между разнозаряженными электродами).

Вот как работает литий-ионный аккумулятор в стандартной ситуации:

• когда на электроды подается напряжение определенной величины, это стимулирует ионы Li переходить из литиевого катода в угольный анод. Этот процесс сопровождается окислительной реакцией.
• когда же в систему подается нагрузка, это заставляет ионы металла передвигаться в обратном направлении.

Однако, ввиду того, что при разряжении батареи, отрицательный электрод возвращается в норму не до конца, а параллельно с этим еще и накапливаются продукты окисления, то АКБ медленно, но уверенно лишается части своей емкости. В момент, когда фиксируется потеря 30 % объема батареи, говорят о завершении ее жизненного цикла.

Разновидности литиевых аккумуляторов

В современном мире существует огромное число модификаций литиевых аккумуляторных батарей. На данный момент наибольшее распространение в производстве получили только некоторые из них:

• литий-железо-фосфатные, славящиеся износоустойчивостью, высокой термостабильностью, эксплуатационной безопасностью и длительным периодом работы;
• литий-кобальтовые, выделяющиеся на фоне аналогов показательной удельной энергоемкостью, но малой термостабильностью и непродолжительным жизненным циклом;
• литий-марганцевые, чье главное преимущество заключается в умеренной удельной энергоемкости, хотя и при низком сопротивлении;
• литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные с хорошей плотностью и энергоемкостью, многообещающей продолжительностью функционирования;
• литий-титанатные, обеспечивающие быструю зарядку, хорошую производительность, способность не терять свою емкость при критических температурах;
• литий-никель-марганец-кобальт-оксидные дают низкое внутреннее сопротивление, высокую удельную емкость.

Применяются аккумуляторы при создании разной продукции: Li-Co – в ноутбуках, смартфонах, видео- и фотокамерах, Li-Mn – в медтехнике и специнструментах, LiNiMnCoO2 – в электромобилях, электровелосипедах, телекоммуникациях, электростанциях, системах безопасности; LiFePO4 – в оборудовании, рассчитанном на большой ток нагрузки, LiTi – в уличном освещении, источниках бесперебойного питания, электротранспорте; LiNiCoAlO2 – в силовых агрегатах, медразработках.

Усовершенствованной версией литиевых батарей считаются полимерные АКБ, использующие гелеобразный, сухой или выполненный из полимерной матрицы, электролит. В таких устройствах электролит помещается на полимерную пленку, обеспечивающую хороший обмен ионами. Подобная конструкция обуславливает микроразмеры ячеек, безопасность их эксплуатации и простоту изготовления, что позволяет многим экспертам утверждать: за полимерными АКБ – будущее!

Как заряжаются Li-ion аккумуляторы    

Разные аккумуляторы могут заряжаться неодинаковое количество времени. На этот параметр влияет не только их емкость, но и типы контроллеров, применяемых для восстановления заряда. Производители размещают контроллеры либо в зарядном блоке (тогда говорят об АКБ без защиты), либо внутри батареи (с защитой). В отдельных разработках контроллер даже встраивают внутрь аккумулятора.

Классический алгоритм восстановления заряда батареи Li ion выглядит следующим образом:

• на первом этапе контроллер передает ток, величина которого составляет 10 % от номинального, за счет этого напряжение поднимается до 2,8 вольт;
• далее ток заряда вырастает до номинального, что обуславливает рост напряжения до 4,2 вольта;
• в конце процесса зарядки ток постепенно снижается при фиксированном напряжении 4,2 вольта.

Стоит иметь в виду, что оптимальным током зарядки для решения Li ion будет тот, который составляет 50 % от номинальной емкости батареи. Например, для аккумуляторной батареи с емкостью 2000 миллиампер-часов идеальным током будет ток, равный 1 Амперу.

Работая с элементами питания литиевого типа, рекомендуется придерживаться нескольких рекомендаций по зарядке:

• после приобретения батареи и до начала ее эксплуатации требуется зарядить ее до 100 %;
• стараться избегать зарядки и хранения аккумулятора при слишком высоких температурах;
• заряжать устройство необходимо только с помощью оригинального блока питания и кабеля (оптимально – с индикацией заряда, чтобы не возникало перезарядки), соблюдая временные рамки, установленные производителем;
• с целью сохранения ресурса АКБ нужно стараться не допускать полной ее разрядки;
• если батарея использовалась на морозе или холоде, ее нельзя сразу ставить на зарядку, правильным будет подождать, пока она немного прогреется.

Перейти в раздел Li-ion аккумуляторов

Источник: https://electric-wheels.ru/batterie/kak-ustroeni-litievie-akkumulatori

Принцип работы аккумулятора автомобиля и не только | мк-союз.рф

АКБ окружают людей в их повседневной жизни буквально повсюду – в мелкой и крупной домашней технике, средствах связи, любимом автомобиле. Несмотря на это, многие не знают, каков принцип работы аккумулятора, и посему не умеют с ним обращаться. На самом деле есть один генеральный принцип, которому подчинена работа батарей всех видов. Это обратимые химические реакции, происходящие циклично.

Во время разряда аккумуляторной батареи происходит превращение энергии химической в электрическую, что обеспечивает работу технического устройства, к которому подключен АКБ. Когда запас этой энергии будет исчерпан на определенный процент, производят зарядку аккумулятора. Во время нее также идут химические превращения, но уже с обратным эффектом.

То есть поступление электрического тока вызывает накопление запасов химической энергии.

Отличают разные аккумуляторы между собой два аспекта – тип электролита и материал, из которого выполнены электроды. Основой для электролита выступают кислоты или щелочи, которые после разбавления водой или другими добавками приобретают вид готовой гомогенной смеси различной консистенции (жидкой либо гелевой). Вещество, выступающее электродом, способно изменять свойства готового изделия. Самыми распространенными являются литиевые, свинцовые и никель-кадмиевые батареи.

Об автомобильных аккумуляторах

Принцип работы стандартного автомобильного аккумулятора опирается на его конструкцию и не зависит от того, залит в него кислотный или щелочной электролит.

Внутри диэлектрического и нерастворимого серной кислотой корпуса из специального пластика помещаются шесть банок-батареек, последовательно прикрепленных друг к другу. В каждой из этих банок есть по несколько электродов с зарядами «плюс» и «минус», которые выглядят как отводящая ток решетка, смазанная специальной химически активной массой.

Чтобы решетки с разными знаками случайно не соприкоснулись и не закоротили, каждая из них погружена в разделитель из полиэтилена. Сами электроды сделаны обычно из свинца с разнообразными примесями.

Если быть точным, то таких свинцовых решеток бывает три вида:

• Малосурьмянистые. И аноды, и катоды сделаны из сплава свинец+сурьма и требуют мало обслуживающих процедур.
• Кальциевые. Здесь примесь, соответственно, кальций. Такие электроды вообще не нужно обслуживать.
• Гибридные. Один электрод, с минусом, делается из кальциевого сплава, а положительный содержит сурьму.

Можно с уверенностью утверждать, что свинцово-кислотный — самый востребованный и распространенный вид аккумулятора для авто. Принцип работы свинцового аккумулятора основывается на активном взаимодействии серной кислоты с диоксидом свинца.

Когда батарея эксплуатируется, то есть нужна электрическая энергия, на катоде свинец окисляется, а его диоксид на аноде, напротив, участвует в восстановительной реакции. При зарядке, как нетрудно догадаться, взаимодействия идут в обратную сторону.

Это все происходит за счет кислоты в электролите, часть ее распадается, соответственно, концентрация падает. Именно этим обусловлена необходимость периодически обновлять жидкость в батарее.

С гелевыми аккумуляторами такого не случается. Состояние электролита в них не позволяет ему испаряться, если, конечно, не перегреть АКБ во время подзарядки. Как правильно заряжать гелевые аккумуляторы, читайте здесь →

Именно благодаря отсутствию необходимости периодически восполнять запасы активного вещества батареи с желеобразным электролитом относят к категории необслуживаемых. Еще одно их преимущество в том, что гель не отсоединяется от электрических контактов, а значит, невозможны внезапные сбои и замыкания.

Как устроен литий-ионный аккумулятор?

Его конструкция не отличается сложностью: анод из пористого углерода, литиевый катод, пластина-сепаратор между ними и проводник тока – вещество-электролит. Во время разрядки ионы отделяются от анода и движутся на литий по электролиту, минуя сепаратор. Во время питания батареи все происходит с точностью до наоборот – литий отдает ионы, углерод принимает. Так и происходит процесс ионного круговорота между разнозарядными электродами литий-ионной батареи.

Точный состав катода может отличаться в конкретной модели или у определенного производителя АКБ. Дело в том, что многие фирмы тестируют разнообразные типы литиевых соединений для того чтобы изменять показатели устройств по своему усмотрению.

Впрочем, очевидно – улучшая одни характеристики, неизбежно приходится жертвовать другими. Чаще всего литий-ионные АКБ с повышенной емкостью, заботой об эксплуатирующих его людях и природной среде оказываются чрезмерно дорогостоящими или требуют слишком много внимания.

Но чего не отнять у батарей с литием, что составляет их принципиальную разницу с другими типами аккумуляторов, так это низкий уровень саморазряда.

Li-Pol аккумуляторные батареи

Литий-полимерные — это следующий этап развития литий-ионных АКБ. Принципиальная разница понятна из названия — в качестве электролита начинает использоваться полимерное соединение.

Из-за прочности существующих в нем химических связей такой аккумулятор становится максимально безопасным, неправильная эксплуатация может сломать его самого, но не нанести вред владельцу, как это бывало с литиевыми АКБ с жидким наполнителем.

Полимерный неопасно перегревать или протыкать острым предметом, в то время как жидкостной элемент уже давно бы взорвался.

Еще один огромный плюс Li-Pol батарей — их огромная проводимость. Из-за того, что в процессе реакций на анодах и катодах батарея приобретает свойства хорошего полупроводника, она способна передавать ток, в разы превышающий ее собственную электроемкость.

Щелочные батареи

Методика функционирования щелочного аккумулятора основывается на химических превращениях в щелочной среде. Именно поэтому для электродов таких АКБ применяют соединения металлов, которые активно взаимодействуют именно со щелочами.

Гидроокись никеля на электроде с положительным зарядом превращается в гидрат его закиси из-за череды реакций со свободными ионами в электролите. На катоде в это же время идут похожие взаимодействия, но только с образованием гидрата окиси железа. Между только что создавшимися веществами образуется разница в потенциалах, за счет которой и выделяется электроэнергия. В процессе подзарядки реакции те же самые, только в обратном порядке, вещества восстанавливаются до исходных.

Ni-Cd аккумулятор

Батареи никель-кадмиевого типа обычно применяют для некрупной техники, например, для шуруповерта. Принцип их устройства и работы схож с автомобильным АКБ, только в гораздо меньших масштабах – те же последовательно соединенные несколько маленьких батареек, совместно вырабатывающих нужные электрические показатели, а внутри них – уже знакомые аноды, катоды, пластины сепараторов и жидкий электролит.

Специфические характеристики, присущие только этому типу аккумуляторов, обеспечивают именно химические свойства никеля и кадмия. Они же накладывают и обязательство быть осторожным, особенно при утилизации. Это вызвано тем, что кадмий – довольно токсичный элемент.

При аккуратной же эксплуатации шуруповертов с такими АКБ приборы гарантированно будут работать долгое время на высокой мощности, в любых погодных и температурных условиях. К тому же их можно очень быстро заряжать.

Ni-MH аккумулятор

По своему устройству и механизму работы никель-металл-гидридные батареи очень похожи на кадмиевые и были изобретены практически сразу после них. Основное отличие состоит в материале, из которого изготовлен отрицательный электрод.

В аккумуляторах типа Ni-MH он состоит из особого справа металлов, которые абсорбируют водород. Часть из них реагируют с ионами электролита с выделением тепловой энергии, другая часть – с ее поглощением, в результате чего возможно безопасное и экологически безвредное использование такого устройства.

Как работает зарядное устройство для АКБ?

ЗУ для аккумулятора обычно состоит из выпрямителя и трансформатора и создает ток с постоянным напряжением около 14 вольт. Также хорошие приборы содержат элементы, которые следят за напряжением на питаемом аккумуляторе и в нужный момент выключают зарядку.

По ходу процесса работы зарядного устройства для автомобильного аккумулятора или для любого другого подаваемый им ток сам собой падает. Вызвано это тем, что в заряжающемся АКБ увеличивается сопротивление, и он больше не пропускает ток с большим напряжением. Если в зарядке есть измеритель, то он фиксирует тот момент, когда в батарее достигнуто напряжение в 12В, после чего ее можно отключать от сети.

АКБ – вещь не такая сложная, как может показаться. Ее устройство легко понять, к тому же, принцип работы одинаков для разных видов. Знать его владельцу аккумулятора хоть в машине, хоть в настенных часах, очень полезно – это поможет поступать правильно на всех этапах – выбора, обслуживания и утилизации батарейки.

Источник: https://xn----ntbhhmr6g.xn--p1ai/batarei/o-printsipe-rabotyi-akkumulyatorov

Как зарядить шуруповерт (аккумулятор) правильно схема: 12 вольт, li ion (литий ионные)

Аккумуляторный инструмент удобен на природе, местах, лишенных стабильного постоянного доступа к электропитанию. Отсутствие кабеля позволяет избежать неудобств с удлинителями, страха перегрузить сеть, запутывания проводами, невозможности подлезть к труднодоступным участкам.

Эксплуатация аккумуляторного инструмента имеет свои особенности. Как правильно зарядить аккумулятор, не испортив? Из чего состоят, чем отличаются? Ответы – в статье.

Устройство аккумулятора шуруповерта

Основные элементы конструкции:

• Корпус, на котором размещены контакты (соединяют с з/у или электроинструментом).
• «Банки» (как правило, их несколько), объединенные общей цепью.
• Для безопасной эксплуатации есть температурный датчик, предотвращающий перегрев.

Характеристики АКБ для шуруповертов:

• Напряжение (В) – это показатель, характеризующий возможности инструмента. Оно влияет на то, насколько сложные задачи получится выполнить с его помощью. Напряжение можно охарактеризовать как эквивалент мощности сетевых приборов. Показатель непостоянен: достигает пика при полностью заряженной батарее, постепенно снижается в процессе разрядки. Именно поэтому есть смысл выполнять работы, требующие высокой силы удара, вначале.
• Емкость характеризует, какое количество энергии накапливает устройство. Влияет на продолжительность работы на одном заряде. Надо помнить – одно устройство с одной батареей будет работать разное время (зависит от сложности задач).
• Масса и габариты влияют на то, насколько комфортно использовать их с инструментом. Устройство с тяжелой батареей продолжительно удерживать на весу будет неудобно, что скажется на производительности и качестве выполняемых работ.

• Дополнительный функционал. Индикатор отражает, какое количество энергии осталось до полной разрядки. Полезен, чтобы распланировать рабочее время. Некоторые производители выпускают батареи, совместимые с рядом разнообразных инструментов: триммерами, шуруповертами, электропилами, лобзиками.

Какие типы аккумуляторов существуют?

Какие разновидности АКБ используются дрелями-шуруповертами?

• Никель-кадмиевые (NiCd). Первый тип устройств, долго держит зарядку, оснащен достаточной емкостью. Есть эффект памяти, который запрещает ставить на зарядку при неполном разряде батареи. Поэтому частая подзарядка недопустима, это ведет к сокращению емкости АКБ. Перед первым использованием сначала полностью зарядите блок, потом начинайте работу с инструментом. Никель-кадмиевые используются шуруповертами бюджетного класса. Они дешевые. Подойдут для нечастого использования.
• Никель-металл-гидридные (NiMH). Пришли на смену никель-кадмиевым. Более экологичны и меньше весят. Хуже сохраняют зарядку в режиме бездействия, за счет чего может быстро снизиться емкость батареи. Желательно подзаряжать перед каждым применением, всегда брать с собой зарядное устройство.
• Литий-ионные (Li-Ion). Характерны достаточной емкостью батареи. Лишены эффекта памяти, рассчитаны на интенсивное и регулярное применение. Быстро заряжаются, циклов насчитывают до 1000. Отличаются сравнительно высокой стоимостью. Быстрее разряжаются, когда работают при низких температурах, давая нестабильный поток энергии. Хранить такие батареи нужно разряженными наполовину, периодически восполняя емкость.

Особенности и правила зарядки АКБ шуруповертов

Батареи произведены из разных материалов. Это влияет на размеры, вес, возможность сверлить при минусовых температурах, напряжение, емкость, подверженность эффекту памяти. Последний особенно влияет на принцип зарядки шуруповерта.

Эффект памяти – это потеря емкости, достигаемая неполной разрядкой аккумуляторной батареи. Если прекратить использование инструмента до того, как он разрядится полностью, устройство “запомнит” это и не будет использовать ресурс в полном объеме. Несоблюдение правил эксплуатации батареи сокращает емкость.

Сколько времени нужно заряжать аккумулятор шуруповерта?

Перед тем, как зарядить аккумуляторную дрель или шуруповерт, нужно определить, сколько времени потребуется для этой процедуры. Период прописан в инструкции, прилагающейся к инструменту. Некоторые модели имеют световую индикацию – она отобразит, когда прибор полностью заряжен. После завершения зарядки сразу отсоедините батарею от з/у.

Обычно время заряда составляет от получаса до 7 часов, в зависимости от типа батареи и зарядного устройства. Дольше всего подпитываются энергией никель-кадмиевые – 3-7 ч.

Правила хранения аккумулятора шуруповерта

Литий-ионные	Лишены эффекта памяти: можно подзаряжать на любой стадии. Не стоит допускать полного разряда – приводит к выключению защитных контроллеров, предотвращающих перегрузки. В результате этого устройство может не выдержать интенсивную эксплуатацию, выйти из строя.
Никель-кадмиевые	Аккумулятор перед хранением разряжают практически полностью (до состояния нерабочего инструмента). Чтобы убрать устройство на долгое хранение (более 6 месяцев), выполните от 3 до 5 полных курсов заряда-разрядки.
Никель-металл-гидридные	Больше остальных типов подвержены быстрому саморазряду. После длинного срока хранения нужно поставить АКБ на зарядное устройство минимум на сутки, чтобы восполнить запасы энергии. Отмечается снижение емкости после 300 циклов заряда-разрядки.

Заряжать аккумулятор перед хранением?

Как с прошлым пунктом, зависит от типа, есть ли смысл зарядка АКБ перед хранением.

Li-Ion	На хранение литий-ионный аккумулятор нужно убирать с зарядом в 50%, периодически (1 раз / 1-2 мес.) доставать и подзаряжать.
NiCd	Хранить в разряженном состоянии.
NiMH	Постоянно поддерживать уровень зарядки, периодически восполнять.

Проверка состояния АКБ при помощи мультиметра

Будет полезно, чтобы определить причину, по которой батарея не заряжается. Процедура выявит работоспособность аккумуляторов. Приведем простые в реализации методы, которые можно использовать в домашних условиях. Подготовьте оборудование: помимо мультиметра потребуются инструменты для разборки АКБ (плоскогубцы, паяльник, отвертка, нож.

1. Проверьте батарею на зарядке, снимая показания с интервалом 30 минут. Вольтаж должен стабильно возрастать до полной зарядки.
2. Быстрый метод проверки состояния АКБ. Замеряем U вхолостую. Сопоставляем результат с реальным напряжением и количеством элементов Показатели разнятся – АКБ имеет нерабочие части, которые требуется заменить.

Способы зарядки без использования зарядного устройства (нестандартные методы)

НАДО ЗНАТЬ! Не рекомендуем применять на практике информацию из данного пункта. Приводим в ознакомительных целях.

Существуют нестандартные методы, как заряжать аккумулятор шуруповерта без зарядного устройства:

• зарядка от автомобиля,
• универсального з/у,
• внешнего источника энергии.

Эффективность таких действий может быть оправдана, если нет фирменной зарядки. Безопасность сомнительна – возможна перезарядка. Не советуем использовать эти методы – они могут привести к выходу из строя, поломке аккумуляторной батареи и опасны для пользователя. Приобретите фирменный АКБ аналогичной шуруповерту марки или подходящий по характеристикам.

Что делать, если АКБ шуруповерта не заряжается?

Условия хранения и эксплуатации выполнялись, экзотические способы зарядки не использовались, а АКБ перестал заряжаться. Что делать?

1. Осмотрите контакты между клеммами аккумуляторного блока и з/у. Причина неработоспособности может оказаться в недостаточно высоком контакте. В этом случае рекомендуем разобрать зарядное устройство, после чего подогнуть клеммы.
2. В корпус з/у могли попасть грязь, мелкие частицы пыли. Чтобы этого избежать, своевременно протирайте контактную группу. Признаки загрязнения – это уменьшенное время работы дрели-шуруповерта, восполнение заряда проходит быстрее.

НАДО ЗНАТЬ! Попытка самостоятельно разобрать инструмент и сопутствующие детали, отремонтировать лишит гарантии. Сомневаетесь в технических навыках – отнесите неработающее оборудование в сервис.

Что делать, если аккумулятор не держит заряд?

• Заказать новый. Если аккумулятор не держит заряд, его циклы закончились. Нормально, что АКБ со временем изнашиваются.
• Обратить внимание на условиях эксплуатации. Li-Ion для дрели-шуруповерта не держат при низкой температуре.
• NiCd, NiMH подвержены эффекту памяти. Возможно, вы ставили заряжать аккумулятор шуруповерта до полной разрядки. Это становится причиной того, что аккумулятор не держит заряд – купите новый.
• Инструмент куплен недавно, а аккумулятор не держит заряд? Возможно, попался бракованный экземпляр. Обратитесь в сервисный центр.

Источник: https://www.bigam.ru/stati/kak-pravilno-zaryadit-akkumulyator-dlya-shurupoverta/

То, чего не может быть: литий-ионный аккумулятор на 1,5 В в формате «мизинчиковой» батарейки AAA

Хорошие батарейки, как известно, стоят денег. Поэтому всё прогрессивное мировое человечество стремилось заменить батарейки на аккумуляторы. Причём, в идеале аккумуляторы должны были совпасть по размеру с батарейками; а лучшие на сегодня аккумуляторы — литий-ионные.

Но, как известно, литий-ионные аккумуляторы и их различные модификации имеют номинальное напряжение около 3.7 V; и по этой причине на замену обычных одноэлементных батареек с напряжением 1.5 V они никак не подходят (можно сжечь питаемую аппаратуру).

А ведь так было бы здорово применить их на замену обычным цилиндрическим батарейкам!

Литий-ионные аккумуляторы так хороши своим долгим сроком службы и очень большим числом допустимых циклов перезаряда, что творческая мысль человечества продолжала неустанно работать в этом направлении.

В итоге выход был найден, и в природе теперь существует литий-ионный аккумулятор для полноценной замены «мизинчиковой» батарейки типоразмера AAA с напряжением 1.5 V (а также и других типоразмеров, кроме AAAA).

/Изображение с официального сайта производителя/

Техническое решение здесь – достаточно очевидное с точки зрения схемотехники, но довольно сложное в конструктивном исполнении: в корпусе батарейки надо разместить не только «обычный» литий-ионный аккумулятор; но ещё при этом для его зарядки в корпус «батарейки» надо встроить контроллер заряда; а для выдачи наружу напряжения 1.5 Вольт – понижающий преобразователь.

Столь непростая «начинка» требует для себя определённого пространства, поэтому реализовать такую схему в «супермизинчиковых» батарейках формата AAAA даже китайским умельцам пока не удалось. А вот создать такую конструкцию в более крупном формате батарейки AAA (обычная «мизинчиковая») – удалось, и именно она и будет у нас протестирована.

У читателя возникнет логичный вопрос: зачем такой «огород» городить, когда существуют недорогие никель-металлогидридные аккумуляторы такого же типоразмера, и притом совсем недорогие?!

Дело здесь в том, что у никель-металлогидридных аккумуляторов номинальное напряжение — только 1.2 V; а не 1.5 V, как у батареек. Из-за этого многие виды аппаратуры будут воспринимать их как «подсевшие» батарейки, и долго с ними работать не будут.

Основные параметры и конструкция Li-ion аккумулятора в формате батарейки AAA

 Основные параметры, заявленные производителем, таковы:

Типоразмер	AAA
Номинальное напряжение	1.5 V
Ёмкость	400 mAh
Напряжение зарядки	5 V
Максимальный ток выхода	1 A
Габариты	10 x 45 мм (10 мм — диаметр)
Масса	10 г

Всё здесь в характеристиках понятно, кроме одного: что они подразумевают под ёмкостью? Это — ёмкость внутреннего аккумулятора (как в смартфонах); или же ёмкость, передаваемая на выход (которая, собственно, и интересует потребителя)?

Попытаемся дать ответ на этот вопрос по ходу обзора.

Официальная страница аккумулятора на сайте производителя – здесь (китайский язык с вкраплениями английского).

Цена — 320 российских рублей ($4.8) за одну штуку в официальном магазине бренда на Алиэкспресс ссылка.

Внешний вид аккумулятора почти не отличается от самой обычной батарейки:

Логотип производителя — на месте; номинальное напряжение — 1.5 V; всё — как у батарейки!

Но если чуть повернуть «батарейку» на другой бок, то становится видна самая интересная её деталь: разъём micro-USB:

Этот разъём используется для подзарядки этого нетривиального устройства.

На аккумуляторе нанесена вся информация, необходимая пользователю, так что отдельная инструкция не требуется.

 На виде сверху заметно небольшое отверстие в «крышке»:

Это отверстие предназначено для лучшей видимости светодиодного индикатора зарядки, скрывающегося внутри аккумулятора.

Светодиод светится красным цветом во время зарядки и переключается на зелёный по её завершении, так что пользователю не придётся гадать, зарядился аккумулятор или нет:

Заряжать аккумулятор можно любой стандартной телефонной «зарядкой» на 5 Вольт и ток от 0.5 Ампера с кабелем микро-USB. Таких зарядок, я думаю, у всех дома скопилось чуть более, чем очень много; так что покупать отдельно не придётся (экономия!).

Продолжаем осмотр.

Со стороны дна ничего особенного нет:

В завершение осмотра — ещё два ракурса с подключенным к аккумулятору кабелем микро-USB:

 Теперь переходим к боевым испытаниям этого мудрёного девайса.

Тест Li-ion аккумулятора в формате батарейки AAA

 Тест начнём с замера тока заряда; заодно и продолжительность зарядки измерим. Замеры производились обычным USB-тестером, когда это было возможно.

Аккумулятор пришел из Китая с нулевым напряжением на контактах. Это вполне естественно, так как путь из Китая — долгий; а аккумулятор с контролерами внутри имеет больший саморазряд, чем «голый» аккумулятор.

В течение примерно получаса с момента начала зарядки ток заряда составлял 0.36 — 0.38 Ампера:

Такая величина потребляемого тока подтверждает, что заряжать можно любой стандартной зарядкой; а также от USB-порта компьютера или ноутбука.

 Ближе к концу процесса заряда ток стал снижаться; а весь процесс зарядки занял чуть меньше 45 минут:

Величина заряда, «залитого» в аккумулятор, как видите, оказалась невелика и составила 264 мАч.

Для испытания аккумулятора на разряд пришлось отказаться от этого USB-тестера, т.к. как он может работать только с напряжениями от 3 V. Пришлось проводить измерения по технологиям древних людей, с использованием мультиметра и набора резисторов.

Напряжение холостого хода на контактах составило 1.53 V.

При подключении нагрузки в 100 мА напряжение почти не изменилось и составило 1.51 V.

Время разряда аккумулятора током 100 мА составило 5 часов 50 минут (т.е. 5.83 ч.).

Итого, ёмкость аккумулятора на разряд составила 583 мАч, что больше «залитой» ёмкости в 2 с лишним раза!

Ничего сверхъестественного в этом нет, и закон сохранения энергии не нарушается; поскольку при работе выходного преобразователя напряжение понижается, а ток — повышается. Точнее, так происходит, когда преобразователь — импульсного типа на основе индуктивности; а не простой линейный стабилизатор.

Теперь — особое замечание.

При работе аккумулятора на разряд в течение всего теста напряжение на выходе практически не падало, т.е. было застабилизировано очень хорошо. А в конце разряда практически мгновенно напряжение упало до нуля.

Для питаемой аппаратуры это точно будет хорошо: любая аппаратура любит стабильное питание. Но, с другой стороны, некоторые устройства по постепенному падению напряжения питания определяют процент оставшегося заряда, предупреждая пользователя о скором прекращении работы.

Здесь такого предупреждения не будет: устройство прекратит работу молча и без предупреждений.

Так что хорошо застабилизированное напряжение — это одновременно и достоинство аккумулятора, и его недостаток (по крайней мере, в некоторых случаях).

Бороться с этим недостатком можно так же, как мы боремся с отключениями мобильников: подзаряжать, не дожидаясь отключения (особенно — в случае длительного перерыва в использовании). Литий-ионным аккумуляторам частый подзаряд не вреден.

Также в ходе тестирования была проведена простая проверка на помехи. Её проведение связано со слухами, курсирующими в Сети, что источники питания со встроенными высокочастотными преобразователями могут быть источниками радиопомех.

Для проверки я установил тестируемый аккумулятор в mp3-плеер с FM-приёмником, работающий от батарейки формата AAA.

При этом никаких помех помех приёму FM-станций обнаружено не было: они работали так же, как и от обычной батарейки (сильные станции — хорошо; слабые — плохо).

Далее — проверка максимального отдаваемого тока.

Заявленный производителем максимальный ток в 1 А аккумулятор отдал без проблем.

При дальнейшем повышении выходного тока до 1.4 А начинала срабатывать защита от короткого замыкания. Ток падал до нуля, затем периодически пытался восстановиться (до этой же величины), затем снова падал до нуля и так далее.

 Альтернативный вариант: никель-цинковые аккумуляторы

 Кроме рассмотренного варианта замены стандартных батареек на литий-ионные аккумуляторы того же форм-фактора, есть и ещё один вариант: замена на никель-цинковые аккумуляторы.

Они имеют почти такое же номинальное напряжение на выходе (1.6 V), как и у батареек (1.5 V).

Кроме того, они имеют более высокую ёмкость (по крайней мере, номинально), чем у протестированного литий-ионного аккумулятора, и стоят значительно дешевле.

Например, комплект из 4-х никель-цинковых аккумуляторов AAA ёмкостью 900 мАч стоит на Алиэкспресс 476 российских рублей ($7.2) ссылка.

Однако же, во многих обзорах развенчивают эти чудо-аккумуляторы, поскольку их ёмкость и длительность жизненного цикла оказываются значительно меньше заявленных (пример обзора на стороннем ресурсе).

Тем не менее, они тоже имеют «право на жизнь», особенно в тех случаях, когда они используются часто и с высокой токовой нагрузкой. В этом случае стратегия — «быстро использовал, быстро „сдохли“, быстро купил новые» может быть вполне экономически оправдана ввиду их невысокой цены.

Заключение

Заключение начну с возвращения к вопросу, что же может означать ёмкость 400 мАч, заявленная производителем — это ёмкость встроенного аккумулятора, или же ёмкость, отдаваемая на выход?

Увы, тестирование аккумулятора так и не смогло дать точного ответа на этот вопрос.

Ёмкость, «заливаемая» в аккумулятор, значительно меньше этой величины; а ёмкость, отдаваемая на выход — значительно больше.

Но всё-таки, по смыслу этой величины, это должна быть ёмкость, отдаваемая на выход. И тогда можно с чистой совестью констатировать выполнение и перевыполнение величины, заявленной производителем (вообще-то хотелось написать: величины, заявленной производителем «от балды»).

В целом же протестированный аккумулятор показал себя позитивным устройством, вполне достойным внимания потребителей.

В его «активе»:

• достаточно высокая ёмкость, отдаваемая в нагрузку;
• возможность зарядки от любого телефонного ЗУ с кабелем микро-USB;
• высокая скорость зарядки;
• полное совпадение выходного напряжения с номиналом стандартных батареек;
• высокая стабильность выходного напряжения;
• защита от короткого замыкания.

В его «пассиве» (в недостатках):

• относительно высокая цена;
• отключение «без предупреждения» при израсходовании заряда.

Область применения:

Замена батареек во всех случаях, кроме очень малой нагрузки (например, в инфракрасных пультах дистанционного управления). При очень малой нагрузке и обычные батарейки служат настолько долго, что замена их на аккумуляторы протестированного типа не имеет ни практического, ни экономического смысла.

Посмотреть актуальную цену и/или купить литий-ионный аккумулятор в формате ААА можно в официальном магазине бренда ZNTER на Алиэкспресс ссылка.

Кроме аккумулятора протестированного типа, в официальном магазине бренда ZNTER на Алиэкспресс можно найти и другие литий-ионные аккумуляторы для замены различных бытовых батареек: формат AA, формат C, формат D, «Крона» 9 V и др.). Работают они по тому принципу, что и протестированный аккумулятор.

Всем спасибо за внимание!

Источник: https://www.ixbt.com/live/supply/to-chego-ne-mozhet-byt-litiy-ionnyy-akkumulyator-na-15-volta-v-formate-batareyki-aaa.html

Аккумуляторы в оборудовании

Среди изобретений человека именно аккумулятор является одним из самых значимых. Благодаря появлению портативных источников энергии, каждый из нас сегодня может носить с собой целые мобильные центры и всегда иметь доступ к необходимой информации или средство связи. 

Введение

Помимо того, что аккумуляторы используются в портативных гаджетах, они ещё нашли применение и в совершенно разнообразной технике. В автомобиле есть аккумуляторы, фонарик работает от аккумуляторной батареи, портативные нагреватели работают от аккумуляторных батарей.  

Ну и, конечно же, аккумуляторные батареи используются в торговом оборудовании. Сложно представить себе портативную кассу без источника питания. Само собой, что в качестве такого источника используется именно батарея. 

Аккумуляторные батареи, используемые в торговом оборудовании, бывают разные. Очень полезно знать, какие типы аккумуляторов используются в современных устройствах. От типа батареи зависит срок жизни самого устройства (т.к.

часто заменить батарейку бывает дороже, чем купить новое устройство) и его удобства (например, если использовать кислотно-свинцовые аккумуляторы, то говорить о портативности такого оборудования можно весьма условно, больно уж тяжелый аккумулятор будет).

Кроме того, от типа аккумуляторной батареи зависит её ремонтопригодность и особенности эксплуатации. 

В этом материале мы рассмотрим все важные моменты, которые будут полезны любому пользователю современной аккумуляторной батареи, ну а заодно обсудим варианты ремонта батарей.

Как работает аккумулятор

Любой аккумулятор представляет собой систему, способную превращать химическую энергию в электрическую. Для того, чтобы это превращение произошло, нужно использовать различные варианты взаимодействия, способные выделять электрическую энергию. Иными словами, необходимо обеспечить протекание химических реакций, которые и будут являться инициатором высвобождения свободных электронов. 

Аккумулятор умеет заряжаться и разряжаться. По сути дела, зарядка и разрядка — это разные химические реакции. 

Если упростить логику, то аккумулятор у нас — это замкнутая система, состоящая из положительной обкладки, отрицательной обкладки и электролита, заполняющего пространство между обкладками. Всё это смонтировано в специальном корпусе. Электролит может быть жидкий или твёрдый, вариантов сегодня огромное количество. Но прежде, чем обсуждать этот вопрос, давайте вернемся именно к логике работы аккумуляторной батареи.

Итак, давайте заведомо всё упростим. Представим, что когда мы заряжаем аккумулятор, электрический ток наливается в него, как чай из чайника наливается в стакан. Процесс разрядки, соответственно, будет совершенно обратным — мы будем сливать электрический ток из аккумулятора, как молоко в миску для кота, тем самым опустошая емкость аккумулятора. 

Тут мы случайно вспомнили ещё одну важнейшую характеристику любого аккумулятора — это его емкость. Для простоты понимания емкость можно представлять себе как объем аккумулятора, куда можно налить некоторое количество электричества. Если объем чашки измеряется в миллилитрах, то емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах или милиампер-часах. Определяет этот параметр то, сколько полезной энергии сможет взять потребитель из этого аккумулятора.

Теперь обдумаем вопрос электрического тока. Что такое электрический ток? Это упорядоченное движение частичек. Для простоты понимания удобно представлять себе электрический ток в виде потока жидкости. Так будет легко понять связь емкости аккумулятора с его способностью отдавать электрический ток. 

Соответственно, чем больше чая в нашей чашке, тем больше его можно выпить Аналогичная ситуация и с аккумулятором — чем больше там тока (читай как «больше емкость»), тем большее время он сможет отдавать заряд своему потребителю. «Количество тока» определяется количеством частиц, которые смогли закачаться в аккумулятор. Это те самые  частички, которые перемещаются направленно в случае электрического тока. 

Как заряжается и разряжается аккумулятор 

Теперь мы переходим к самому главному. Процессу зарядки и разрядки.

Когда аккумулятор заряжается, он аккумулирует в себе электроны, передаваемые ему источником. Эти электроны доставляются до него электрическим полем прямиком от источника (в простонародье — от зарядника) и запасаются внутри аккумулятора. Но где же они запасаются? Они располагаются на электродах.

Правда это не так просто, как хотелось бы. Без вспомогательного вещества, расположенного между обкладками аккумулятора, просто разместить частички было бы невозможно. В дело вступает электролит, расположенный между обкладками аккумулятора. В данном случае, электролитом тут является серная кислота с водой.

Это самый простой вариант аккумулятора. 

Источник: https://ev-group.ru/blog/accum/

Как устроен и как работает аккумулятор

Современное производство, да и всю нашу жизнь невозможно представить без аккумуляторов и батареек. Они необходимы для работы автомобилей, сотовых телефонов, ноутбуков и даже детских игрушек. А при аварийных отключениях электроснабжения они обеспечивают бесперебойную работу различного оборудования. Сегодня в докладе мы познакомим вас с устройством и работой аккумуляторных батарей и литий-ионных аккумуляторов.

Общие сведения об аккумуляторных батареях

Аккумуляторы — устройства, которые являются химическими источниками тока. Они способны накапливать электрическую энергию и отдавать ее по мере необходимости.

Т.е. заряженный аккумулятор является источником электроэнергии. Для зарядки его следует подключить к постороннему источнику питания. При этом происходит процесс превращения электрической энергии источника тока в химическую энергию аккумулятора.

При подключении его к внешней цепи происходит его разрядка, в процессе которой его химическая энергия превращается в электрическую.

Автомобильный аккумулятор

Система электроснабжения автомобиля обязательно включает аккумуляторную батарею. Она предназначена для запуска двигателя, питания некоторых устройств (сигнализации, дворников, кондиционера и т.д.) Его значение столь велико, что часто его называют «сердцем автомобиля».

Как же устроен аккумулятор? Немного упростив детали, его конструкцию можно представить как систему решетчатых свинцовых пластин, находящихся в проводящей жидкости-электролите.

Этот химический раствор состоит из 65% воды и 35% серной кислоты. Обычно в аккумуляторе 6 элементов, каждый из которых дает напряжение 2 V. Всего на клеммы аккумуляторной батареи поступает напряжение 12 V.

При этом напряжении энергии аккумулятора достаточно для того, чтобы заработал стартер и завёлся двигатель.

В каждом элементе есть положительная и отрицательная пластина. Т. е. на одной — избыток электронов, а на другой их недостаток. Положительные пластины покрыты двуокисью свинца, а отрицательные губчатым свинцом. Когда аккумулятор подключают к потребителю, между покрытием пластин и электролитом начинаются химические реакции, порождающие электрический ток. Именно по электролиту происходит движение электронов от отрицательной пластины к положительной.

В результате этого процесса на пластинах выделяется сульфат свинца, а электролит при этом истощается. И аккумулятору нужно вновь зарядиться. Заряжающую функцию выполняет генератор переменного тока автомобиля. Когда автомобиль движется, работающий двигатель и приводит в действие генератор, подзаряжающий аккумулятор.

Зарядка производится в процессе обратной химической реакции. Выходящие из генератора электроны, восстанавливают покрытие свинцовых пластин и плотность электролита. Аккумулятор вновь готов к работе.

Если же аккумулятор не успевает полностью восстановить свой заряд от генератора, его подключат к специальному зарядному устройству.

Срок службы аккумулятора зависит от многих факторов: манеры езды водителя, насколько регулярно и правильно проводится его зарядка и обслуживание т.д.

Вообще стандартный ресурс работы аккумулятора 4 года. За этот период постепенно усиливается сульфатизация пластин, и они перестают принимать зарядный ток. Эта маленькая электростанция может и не подавать вида, что ей требуется замена. А просто в один прекрасный момент водитель не сможет завести двигатель.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Самый популярный вид аккумулятора, применяемый в электронной бытовой технике (сотовых телефонах, ноутбуках и т. д.) — это литий-ионный аккумулятор. Его популярность легко объяснима. Это устройство выгодно отличается от своих собратьев:

• более быстрой зарядкой;
• большей мощностью;
• меньшим весом;
• более долгим сроком службы;
• низким саморазрядом.

В подтверждение этих достоинств приведём такие цифры — число рабочих циклов у них достигает 1000, что в 2 раза больше чем у других подобных устройств; а напряжение на отдельном элементе достигает 3,6 В, тогда как у других видов аккумуляторов не превышает и 2В.

Источник: http://www.doklad-na-temu.ru/fizika/accumulator.htm

Бомбические аккумуляторы: почему взрываются и как этого избежать?

В июле 2007 года в Китае аппарат неизвестной марки взорвался в нагрудном кармане своего владельца и убил его. Да и сейчас, время от времени, в новостях проскакивают сведения: где-то загорелся или задымил очередной смартфон, или взорвалась батарея гироскутера. По каким причинам это происходит? Как избежать возгорания и что делать, если такая неприятность всё-таки случилась?

Как устроен аккумулятор?

Современная аккумуляторная батарея (АКБ) состоит из множества слоёв электрических проводников, спрессованных в «бутерброд». В каждом слое есть катод и анод. Катод — с положительно заряженными ионами, анод — с отрицательно заряженными.

Схема разряда Li-Ion аккумулятора

Когда аккумулятор заряжается, ионы лития переходят к аноду, а когда разряжается, они возвращаются обратно. Чтобы катоды и аноды, относящиеся к разным слоям «бутерброда», не вступили в реакцию, между ними имеется тонкий диэлектрик, толщиной около 20 микрометров (материал, не проводящий электрический ток).

Если в любом из слоёв диэлектрик разрушить, начнётся цепная реакция — ионы пробегут короткой дорожкой, произойдёт замыкание, АКБ начнёт разогреваться и, в случае аккумуляторов Li-Ion, выделять из электролита горючий газ. Рано или поздно газ и высокая температура повредят корпус-оболочку батареи, и в реакцию вступит кислород, что привёдет к открытому возгоранию.

А при худшем развитии ситуации — даже к быстрому горению, когда струя пламени похожа на взрыв.

Вздувшаяся батарея MacBook Pro

Где используются литиевые аккумуляторы?

К счастью или нет, они используются повсеместно. Благодаря тому, что этот тип аккумуляторов почти не имеет эффекта памяти и саморазряда, их можно встретить повсеместно. Аккумуляторы Li-Ion более энергоёмкие, но больше склонны к возгоранию. Они используются в электротранспорте и фонариках.

В аккумуляторах Li-Pol электролит твёрдый или гелевый. Такие АКБ широко используются в смартфонах, ноутбуках и радиоуправляемых моделях. Они легче, более надёжны, но дороже в производстве и имеют меньший срок жизни.

В случае с литий-полимерными батареями причиной возгорарания становятся ошибки при проектировании и нарушения технологии производства. 

Почему же батареи возгораются?

Толщина диэлектрика современной АКБ в несколько раз тоньше обычного листа бумаги. Нарушить целостность столь тонкой прослойки крайне легко, и есть несколько способов это сделать.

Физический с прямым воздействием — аккумулятор достаточно согнуть или неудачно уронить. Естественно, ни один нормальный человек не станет умышленно портить гаджет. Но смартфоны могут сгибаться сами — например, если их положить в задний карман джинсов и неудачно сесть.

Результат теста давлением Samsung Galaxy Note7, проведённого сингапурской лабораторией Applied Energy Hub

Физический, но без участия человека — современные аккумуляторы зависимы от температуры. Они не любят ни жару, ни холод. Точнее, нормально работают в диапазоне от -20 до 60 °С, а заряжаются при 0-45 °С. На холоде они просто теряют заряд. А при значительном повышении температуры в аккумуляторах Li-Ion литий превращается в кристалл-дендриты (выглядят как игольчатое дерево), способные прорвать разделительный слой диэлектрика.

Формирование дендритов в Li-Ion аккумуляторах

Производственный — в процессе сборки батареи внутри может оказаться металлическая соринка. При небольшом давлении на аккумулятор она прорвёт один из слоев, активируя реакцию возгорания.

Вследствие некачественной пайки, заусенцы могут прорвать сепаратор в Li-Pol аккумуляторах и послужить причиной замыкания

От способа эксплуатации аккумулятора тоже зависит многое. Его нельзя заряжать под прямым солнечным светом. Или в условиях, когда невозможен нормальный теплоотвод (например, под подушкой). Или с дефектным зарядным устройством.

Есть ли альтернатива литий-ионам?

Были попытки сделать источники тока на водороде из воды, но они не получили распространения. Есть даже новый тип аккумуляторов, в которых решена проблема дендритов, но и в их основе тоже лежит литий-ион.

Между тем, несмотря на уменьшение техпроцессов, гаджеты становятся всё требовательнее к ёмкости АКБ, а физическое уменьшение толщины вынуждает разработчиков делать начинку батареи более плотной. Поэтому в ближайшее время нас, скорее всего, ничего принципиально нового не ждёт.

Что нужно делать, чтобы смартфон не взорвался?

• используйте сертифицированную зарядку;
• обеспечьте теплообмен: не накрывайте смартфон при зарядке;
• даже если смартфон не заряжается и бездействует, не оставляйте его под прямыми лучами солнца, например, под лобовым стеклом автомобиля;
• откажитесь от использования девайса, если он согнулся или батарея начала вздуваться;
• не играйте и не работайте в ресурсоёмких приложениях во время зарядки;
• если смартфон нагревается в области АКБ при отсутствии нагрузки или после окончании зарядки — обратитесь в сервисный центр.

А если всё же рвануло?

Сразу же отбросьте его подальше от себя! Только постарайтесь бросить в такое место, где нет горючих веществ. Не пытайтесь его тушить — аккумулятор горит и при крайне высоких температурах, а его пламя способно прожечь металл. Можно, конечно, засыпать песком, но всегда ли вы носите пару горстей у себя в кармане? Водой тушить не только бесполезно, но и опасно — она мгновенно превратится в пар, и обожжёт руки.

Автор текста: Арсен Симонян

Источник: http://4pda.ru/2018/04/16/350781/

Как восстановить литий-ионный аккумулятор?

При чрезмерной разрядке Li-Ion аккумулятора контроллер отключает ячейку, и при последующем подключении к АКБ штатного зарядного устройства зарядка не происходит. В таких ситуациях многие считают, что аккумулятор «умер», и приобретают новый. Но в действительности литиевую батарею можно реанимировать, хотя ее емкость после глубокого разряда будет ниже.

Если у вас разрядился литий ионный аккумулятор, то восстановить аккумулятор 18650 полностью не удастся, зато можно продлить срок эксплуатации на время поиска подходящей замены. При этом важно учесть, что заниматься восстановлением литиевой батареи можно только при наличии хорошего уровня технической подготовки. В противном случае лучше сразу купить новый Li-Ion аккумулятор или воспользоваться услугами специалистов.

Как восстановить Li-Ion аккумулятор, который не держит заряд и разряд?

Если литий-ионный аккумулятор не выдает напряжение скорее всего встроенная в него плата управления аккумулятором отключила аккумулятор из-за разбаланса элементов. В таком случае и зарядить аккумулятор штатным зарядным устройством не получится. Для восстановления аккумулятора необходимо:

• извлечь его из корпуса и освободить доступ к его контактной группе;
• измерить напряжение на каждой параллели и найти параллель с заниженным напряжением;
• подзарядить данную параллель до напряжения остальных параллелей или зарядить все параллели до верхнего допустимого напряжения, обычно это 4,2 Вольта;
• подключить штатное зарядное устройство и убедиться что заряд выполняется.

При этом надо отслеживать температуру элементов и соблюдать правила электроизоляции.

Как восстановить литиевый аккумулятор: альтернативный вариант

Довериться профессионалам и отдать аккумулятор на диагностику, балансировку и на испытание АКБ на разрядном стенде. Ведь разбаланс аккумулятора произошел не случайно, возможна одна из ячеек была повреждена и негативно влияет на все остальные, снижая емкость всего аккумулятора.

В таком случае, чем быстрее она будет заменена, тем больше остальных элементов «выживет», а соответственно затраты на восстановление аккумулятора будут значительно ниже.

Также не исключено, что необходим ремонт контроллера заряда батареи, поэтому для продления жизни АКБ лучше обратиться к специалистам.

Правила безопасности при восстановлении литий-ионных батарей

При восстановлении и зарядке аккумулятора Li-Ion очень важно:

1. Не оставлять ее без присмотра при заряде / разряде (не исключен термический разгон элемента).
2. Контролировать температуру – если поверхность станет горячей, ремонт придется прекратить, а элемент охладить.
3. Избегать высоких токов зарядки (максимальное значение – 50 мАч). Для определения этого параметра нужно использовать вольтметр с функцией измерения силы постоянного тока.

Также предлагаем вашему вниманию статью о самом быстром электровелосипеде в мире.

• 07 ноября 2016 г.
• 3204 просмотра

• ячеек, ремонт, восстановление, Плата, ионный, Литий, 50, разряда, литий-ионных, Li-ion, устройство, Зарядное, ёмкость, тока разряда, купить, литиевый, АКБ, зарядное устройство, Аккумулятор, контроллер

Источник: https://www.voltbikes.ru/blog/about-li-ion/kak-vosstanovit-litij-ionnyj-akkumuljator/

Как устроен литиевый аккумулятор

Литий-ионные аккумуляторы — вид АКБ, чаще всего применяемый в следующих видах девайсов: смартфоны, планшеты, ноутбуки. Их часто используют в бытовой технике, электротранспорте — скутерах и велосипедах, в качестве накопителя в энергосистемах.

Как устроены литий-ионные аккумуляторы

В аккумуляторах этого типа анодный и катодный материал наносят на фольгу, в первом случае медную, во втором — алюминиевую. Катодный материал включается в себя растворы литиевых солей двух видов кислот — никеля и кобальта. Гелеобразный электролит состоит из солей лития.

Корпус аккумулятора герметичен, внутри его располагаются сепараторы и электроды, к корпусу присоединены клеммы.

Важно понять, как устроен литиевый аккумулятор с точки зрения защиты от избыточного давления — в корпусе есть предохранительный клапан, открывающийся в случае аварийных ситуаций.

К числу преимуществ литий-ионных АКБ относятся большая ёмкость на единицу массы, благодаря чему они имеют скромный вес и объем, сравнительно со свинцовыми конкурентами. ВКПД устройства составляет от 94%, при эксплуатации АКБ не загрязняет окружающую среду, благодаря чему они соответствуют европейским стандартам. На сегодняшний день это самый дорогой вид из всех существующих на рынке АКБ (узнать о том, что такое LiFePO4, можно в предыдущей статье).

Как устроены Li-ion аккумуляторы — особенности конструкции

По принципу строения АКБ делятся на два вида: призматические и цилиндрические. Те модели, у которых электродные пластины складываются последовательно одна на другую, называются призматическими. Во втором варианте электроды сворачиваются в рулон, помещают в корпус из стали или алюминия, соединяющий их с отрицательным электродом.

Большей плотности можно достичь при установке электродов в призматических моделях, но в таких устройствах сжимающие усилия на электроды поддерживать несколько сложней. В некоторых моделях призматических аккумуляторов используют рулонную сборку — в них электроды скручивают в спираль. Такой метод сборки позволяет объединить преимущества обоих видов АКБ.

Большинство Li-ion аккумуляторов, которые есть на современном рынке, — это модели призматические, поскольку их главное предназначение — снабжать электроэнергией телефоны, планшеты и ноутбуки. Конструкции данного вида АКБ не универсальны — как правило, производители девайсов против использования аккумуляторов других компаний.

Отдельной разновидностью Li-ion батарей являются те, оболочка которых сделана из ламинированной фольги. В такой батарее не используют корпус, а просто помещают её в пакет из фольги, который герметично запаивают.

Преимущества подобного конструкционного решения очевидны: более легкий вес и различные варианты формы и размеров.

У таких устройств токовыводы могут быть расположены с одной стороны или с противоположных. К их минусам относятся меньший температурный диапазон, а также более часто возникающая проблема вздутия.

Устройства защиты Li-ion аккумуляторных батарей

Понять, как устроены литий-ионные аккумуляторы, невозможно, если не разобраться в функционировании системы защиты. Очевиднее преимущество данного вида АКБ — он имеет самую совершенную систему защиты, состоящую из:

1. ключа на полевом транзисторе;
2. термопредохранителя;
3. выключателя, контролирующего уровень давления.

Схема батареи предусматривает на полевом транзисторе ключ, прерывающий процесс заряда, если значение напряжения достигает 4,20В. Кроме этого, в конструкции предусмотрен термопредохранитель, разъединяющий цепь при нагреве устройства до 90 градусов Цельсия. Некоторые модели оснащены выключателем, разрывающим цепь при достижении давления 10,5 кг/м2 внутри корпуса.

В конструкции батареи предусмотрена защита от глубокого разряда, которая контролирует напряжение каждого элемента и разъединяет цепь при возникновении нагрузки 2,7В. Схема защиты срабатывает в двух случаях: при достижении верхнего и нижнего предела значений. Она является ограничением допустимого рабочего тока.

В Li-ion батареях с небольшой емкостью и мини-габаритами вместо схемы защиты используют предохранитель. Это позитивно сказывается на стоимости АКБ, но при использовании зарядных устройств с простой конструкцией может произойти перезаряд батареи, что выведет её из строя.

Определить эту неисправность довольно легко: батарея перегревается и вздувается. Поиск лучшего материала для катода привел к появлению разных подвидов литиевых АКБ: литиево-марганцевые, литий-кобальтовые, литий-железо-фосфатные, литий-титанатные и других.

Разобравшись, как устроен литиевый аккумулятор, владелец сможет сделать правильный выбор при покупке. Приобрести комплектующие и батареи можно тут .

Результат — покупка модели, которая будет удовлетворять запросы и прослужит долгий период.

Источник: https://virtustec.ru/news/kak-ustroen-litievyj-akkumulyator.html