С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Состав аккумуляторной батареи


Типы аккумуляторных батарей

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 25.06.2015 19:00 Автор: Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.

Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

Виды аккумуляторных батарей

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Тип

Применение

Обозначение

Рабочая температура, ºC

Напряжение элемента, В

Удельная энергия, Вт∙ч/кг

Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)

Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.

Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)

-20 … +40

3,2-4,2

280

никель-солевой

Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии

Na/NiCl

-50 … +70

2,58

140

никель-кадмиевый

Электрокары, речные и морские суда, авиация

Ni-Cd

–50 … +40

1,2-1,35

40 – 80

железо-никелевый

Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления

Ni-Fe

–40 … +46

1,2

100

никель-водородный

Космос

Ni-h3

1,5

75

никель-металл-гидридный

электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.

Ni-MH

–60 … +55

1,2-1,25

60 – 72

никель-цинковый

Фотоаппараты

Ni-Zn

–30 … +40

1,65

60

свинцово-кислотный

Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д.

Pb

–40 … +40

2, 11-2,17

30 – 60

серебряно-цинковый

Военная сфера

Ag-Zn

–40 … +50

1,85

best-energy.com.ua

Виды аккумуляторов

26.12.2017

Ученые многих стран мира постоянно разрабатывают новые типы аккумуляторов и занимаются усовершенствованием существующих видов, которые наиболее отвечаю все возрастающим требованиям потребителей и условиям их применения.

Все разновидности аккумуляторов имеют свои положительные и отрицательные характеристики, но до настоящего времени идеальной батареи изобрести пока не удалось.Поэтому в каждом конкретном устройстве используются АКБ с оптимальными характеристиками.

Рассмотрим основные виды аккумуляторов, маркировку, условные обозначения и типы клемм. У аккумуляторов, изготовленных по различным стандартам, конструктивное устройство клемм отличаются.По европейскому стандарту одним из наиболее распространённых является конус «А». Отрицательный токовывод имеет диаметр 17,9 мм, а положительный — 19,5 мм.

Европейский тип клемм «Е» (винтовые).

АКБ, выпускаемые в странах азиатского региона, имеют тип клемм конус «В». Отрицательный токовывод имеет диаметр 11,1 мм, а положительный ─ 12,7 мм.

Сурьмянистые

Сурьмянистые аккумуляторы относятся к классическим, но также и устаревшим типам АКБ по причине повышенного состава сурьмы (более 5%). Свинец в чистом виде не используется при изготовлении аккумуляторных батарей, поэтому в пластины для повышения прочности добавляется сурьма. Такая добавка позволяет ускорить процесс электролиза.

При работе батареи повышается температура электролита и вода начинает выкипать, что неизбежно вызывает падение уровня электролита в батарее. При обслуживании аккумуляторной батареи необходимо эпизодически добавлять дистиллят. По этой причине данный тип АКБ относят к классу обслуживаемых, поскольку в процессе эксплуатации необходимо периодически проводить проверку уровня и плотности электролита.

На современном этапе для автомобилей применяются различные типы аккумуляторов, имеющие низкое содержание сурьмы или не имеющие её вовсе. От сурьмянистых аккумуляторов однако не отказались совсем. Их применение осуществляется там, где работает квалифицированный персонал. К достоинствам сурьмяных батарей необходимо отнести невысокую стоимость, доступность в обслуживании. Однако этих достоинств уже оказывается недостаточно, чтобы сохранять лидерство на рынке автомобильных батарей.

Малосурьмянистые

Материалом для пластин является свинец с небольшой примесью сурьмы. Такие батареи универсальны и довольно широко представлены на российском потребительском рынке. При разработке этого вида батарей ставилась задача — максимальное снижение процесса выкипания электролита. Немаловажный фактор малосурьмянистых АКБ — степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.

Малосурьмянистым батареям также необходимо обслуживание, хоть и с довольно меньшей периодичностью, чем сурьмянистым. Небольшое испарение воды все же происходит, поэтому иногда требуется производить контроль соответствия уровня и плотности, добавляя дистиллированную воду.

В силу этих обстоятельств малосурьмянистые АКБ можно назвать малообслуживаемыми. Преимущества: малый уровень саморазряд при хранении, невысокая цена, устойчивость к нестабильности параметров бортовой сети автомобиля, высокой срок эксплуатации. Данный тип АКБ в силу своих преимуществ чаще всего применяются на отечественных автомобилях, которые страдают нестабильностью бортовой сети.

Кальциевые

При производстве кальциевых батарей свинцовые пластины легированы 0,07-0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды (отрицательный или положительный). Виды аккумуляторных батареи такого типа маркируются «Са/Са», что обозначает наличие кальция в составе пластин обоих полюсов. Кальций существенно снижает испарение воды из электролита, в связи с чем отпадает необходимость контроля соответствия уровня и плотности практически отпадает. За счет введения кальция батареи приобретают высокую виброустойчивость и повышается их коррозоустойчивость. Положительный эффект достигается введением в материал пластин небольшого количества серебра. Это повышает КПД и энергоёмкость батареи.

Для кальциевых АКБ противопоказаны глубокие разряды. Настоятельно рекомендуется не разряжать Сa/Сa ниже границы в 70%. Кальциевые батареи теряют около 50% своей энергоёмкости даже после одного полного разряда (уровень ниже 10в). Данный тип АКБ рекомендуется тем, кто часто ездит на значительные расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды (ввиду длительности поездки).

Если вы планируете приобрести для своего автомобиля кальциевую батарею, то необходимо быть уверенным в исправности электроприборов и стабильности напряжения в бортовой сети автомобиля. Немаловажный минус данного типа аккумуляторов — более высокая стоимость в сравнении с сурьмянистыми АКБ. Однако данный недостаток нивелируется высокой степенью надежности и отличным качеством, а также отсутствием периодического контроля электролита.

Подробней о кальциевых аккумуляторах Вы можете почитать здесь.

Гибридные

Гибридные аккумуляторы повсеместно вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируется из сплава свинца и сурьмы (положительные электроды), другая же – из сплава свинца и кальция (отрицательные электроды). В результате это дало неоспоримое преимущество в сравнении с кальциевыми батареями.

Для гибридной батареи глубокий разряд перестал быть гибельным. Для тех автовладельцев, которые пользуются автомобилем круглогодично, это теперь позволяет значительно увеличить период службы АКБ. В связи с тем, что практически перестал выкипать электролит, такой тип батареи стал считаться полностью необслуживаемым.

Ключевая особенность гибридных аккумуляторов — лучшая виброустойчивость, которую высоко ценят водители. Такой результат достигнут благодаря толстым литым пластинам, применение которых позволило повысить срок эксплуатации до семи лет.

Ошибочно считать, что гибридные аккумуляторы являются лучшими и их следует применять без учета особенностей каждого автомобиля. К тому же гибридные АКБ до сих пор имеют довольно высокую цену. По гибридной технологии изготавливает автомобильные аккумуляторы кампания A-Mega: Premium, Ultra+, Special. В результате автомобилисты получили батареи с разработками, которые применяются в АКБ более высокой ценовой категории. Маркируются данные аккумуляторы обозначением Са+ или Ca/Sb. Подробнее о гибридных аккумуляторах.

Гелевые

В начале 21-го века на автомобильном рынке появился новый тип АКБ – гелевые автомобильные аккумуляторы. Отличительная особенность гелевых аккумуляторов — применение гелеобразного (киселеобразного) электролита. Данная технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.

В случае небрежного обращения с аккумулятором возможны повреждения кожи от контакта с электролитом. Чтобы электролит приобрел гелеобразное состояние в него добавляют кремний. К преимуществам гелевых АКБ можно отнести низкую скорость саморазряда. Гелевые батареи относятся к необслуживаемым.

Какие же недостатки имеют гелевые батареи?

  • При заряде АКБ напряжение более 14в приводит к вспучиванию оболочки.
  • Применение данного типа АКБ для автомобилей не рекомендуется, как и то, что для зарядки необходимы специальные ЗУ, имеющие функцию заряда в щадящем режиме.
  • Гелевые батареи не переносят низких температур из-за загустевания электролита и снижения ёмкости аккумулятора.

К сожалению, не смотря на все достоинства, гелевые батареи не являются «вечными», наполненные гелеобразным электролитом они могут беспроблемно работать от восьми до десяти лет, а при правильной эксплуатации и соответствующем обслуживании – и до двенадцати. На гелевые аккумуляторы наносится специальный знак, с включением в него аббревиатуры «GEL».

EFB

EFB — «улучшенная жидкозаполненная батарея». Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, в следствии чего увеличивается их ёмкость. Каждая пластина запечатана в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом. Преимущества аккумуляторов EFB:

  • работают при температуре от -50 до +60°С;
  • стойко выдерживают глубокий разряд;
  • минимальное испарение электролита;
  • способны выдерживать большое количество циклов заряда-разряда.

АКБ по технологии EFB довольно безопасны и требуют минимального обслуживания. Их можно заряжать в домашних условиях, поскольку электролит не испаряется. Из недостатков можно отметить меньшую отдаваемую мощность, чем у AGM изделий.

Подробней о аккумуляторе АКОМ + EFB.

AGM

Отличительной особенностью данного типа аккумуляторных батарей является то, что в электролит между пластинами с помощью специальной технологии монтируются стекловолоконные микропористые прокладки.

Предназначение таких прокладок – удержание геля и защита электродов от осыпания. В принципе, основные характеристики батареи GEL и AGM отличаются незначительно. Батареи AGM имеют меньшую стоимость; у них ниже чувствительность к подаваемому напряжению при зарядке, КЗ и температуре окружающей среды. Устойчивы к вибрации и тряске. Они также как и GEL АКБ, практически не требуют обслуживания.

К недостаткам относят меньшее число циклов заряда-разряда (примерно в два раза). Они более чувствительны к глубокому разряду, имеют более быстрый саморазряд. При зарядке необходимо специальное ЗУ. Обычное зачастую не подходит. Отличительной особенностью при обслуживании является необходимость внимательно изучать инструкции перед использованием по предназначению. AGM АКБ чаще применяются в условиях, когда необходим большой период циклов заряда и разряда. При маркировке аккумуляторов данного типа используют аббревиатуру «AGM».

Щелочные

Исторически щелочные источники энергии появились позже кислотных аккумуляторов, вследствие этого некоторые недостатки, свойственные кислотным, не присутствуют у щелочных аккумуляторов. Более того, щелочные АКБ имеют преимущества над кислотными: они переносят перегрузки и короткие замыкания, хорошо работают при различных температурах и т.д. Во всех ЩА (почему они и называются щелочными) применяется растворенная в воде щёлочь.

Что же касается состава химически активной массы пластин, то он может быть различным. При их производстве применяют никель, кадмий, цинк, серебро или др. материалы. От вида использования соответствующих химических элементов в отрицательных пластинах (электродах) щелочные аккумуляторы подразделяются на: цинково-никелевые, кадмиево-никелевые, железо-никелевые, серебряно-цинковые и т.д.

В аккумуляторах щелочного типа количество пластин в положительных и отрицательных электродах не одинаково. В никель-кадмиевом аккумуляторе количество положительных пластин на одну больше количества отрицательных пластин. В щелочных аккумуляторах с никель-железными пластинами больше на одну отрицательную.

По конструкции электродов (пластин) кадмиево-никелевые и железо-никелевые аккумуляторы разделяются на ламельные и безламельные, по способу исполнения — на герметичные и негерметичные.

Наиболее широкое распространение получили ламельные щелочные кадмиево-никелевые и железо-никелевые аккумуляторы, и те и другие схожи как по устройству, так и по действию.

Например, сосуды этих аккумуляторов производятся из никелированного железа при помощи сварки, состав активной массы плюсовых пластин и электролит одинаков. У железо-никелевых и кадмиево-никелевых различаются только отрицательные пластины, но не по устройству, а по составу активной массы. В процессе зарядки и разрядки плотность электролита не изменяется.

Активная масса щелочной батареи заключена в стальные перфорированные пакеты, или ламели, а ламели впрессованы в стальные стойки (рамку) пластин. Для лучшего контакта и электропроводности между активной массой и никелированной основой пластин в активную массу добавляют чешуйки графита или лепестки Никеля.

Номинальное напряжение одного аккумулятора составляет 1,25в. Большинство потребителей работают на напряжении 14-15в., поэтому аккумуляторы представляют из себя сборку. Характерная особенность щелочных АКБ – они не требуют разборки. При грамотной эксплуатации и уходе батареи могут использоваться до 10 лет.

Литий-ионные

Химическое внедрение сторонних атомов и молекул («гостей») в кристаллическую решетку основного материала («хозяина») известно с начала XX века. Название процесса — «внедрение» перевели на латынь и начали говорить не о внедрении-извлечении, а об интеркалации-деинтеркалации (от латинского iniercalarius, другое написание iniercalatus — вставной, добавочный). Осуществлённое во второй половине XX века обратимое проведение этого процесса электрохимическим способом в неводных средах создало экспериментальную основу для разработки нового поколения вторичных источников тока.

Первоначальное название такого аккумулятора — «кресло-качалка» (rocking chair), которое затем устойчиво сменилось на литий-ионный аккумулятор (далее Li-ion). Впервые коммерциализировала это изделие японская фирма Sony в начале 90-х годов XX века. Новое поколение АКБ стремительно вошло в нашу жизнь и уверенно завоёвывает позиции во всех автономных изделиях, требующих независимого питания электрической энергией. На рынке Li-ion имеют два основных конкурента, Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металлгидридные) аккумуляторы. Основа коммерческого успеха Li-ion АКБ лежит в том, что он появился в нужное время и в нужном месте.

В качестве анодного материала используется широкий круг углеродов, который можно разделить на две группы — углероды с неупорядоченной структурой, так называемые жесткие углероды, и обладающие упорядоченной структурой графиты.

Современными катодными материалами являются литий металл оксиды. К ним относится главным образом литий кобальт диоксид (LiCo02), представляющий собой твердофазное соединение оксидов лития и кобальта. Этот оксид удовлетворяет всем техническим требованиям, но имеет высокую цену, а также токсичен. Это побуждает заменить, хотя бы частично, кобальт на никель, а также на другие металлы, в частности на марганец. В Li-ion используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития типа LiPF6 в смеси эфиров угольной кислоты (карбонатов), например, ЭК и ДМК. Отличительной особенностью литиевых первичных источников тока является длительная сохранность. Диапазон рабочих температур (-20… + 60 °С)

Первичные литиевые источники тока имеют более широкий диапазон рабочих температур по сравнению с традиционными водными элементами. Это обусловлено использованием для изготовления электролитов неводных растворителей с существенно более низкой температурой замерзания и более высокой температурой кипения по сравнению с водой. Однако электропроводность этих электролитов заметно снижается с понижением температуры. Для слаботочных первичных литиевых источников тока это обстоятельство не является критичным.

У Li-ion температурная зависимость электропроводности имеет место не только в электролите, но и в матрицах электродов. Наложение этих явлений приводит к тому обстоятельству, что преимущества неводных электролитов, имеющие место для первичных литиевых элементов, не проявляются в Li-ion батареях. Герметичное исполнение и автоматический контроль состояния аккумулятора обеспечивают его долгую эксплуатацию. Полное отсутствие эффектов памяти и прочих недостатков делает Li-ion АКБ весьма комфортным в использовании.

Виды аккумуляторов Ссылка на основную публикацию

akkumir.ru

Устройство автомобилей



Одним из самых важных агрегатов электрического оборудования любого автомобиля является его аккумуляторная батарея, или, как чаще называют это устройство в бытовом лексиконе - аккумулятор. Аккумуляторная батарея (АКБ) - химический источник электрического тока, состоящий из объединения (батареи) нескольких отдельных элементов питания (аккумуляторов).

Использование в батарее нескольких аккумуляторов вместо одного позволяет увеличить суммарную емкость источника тока, а также получить бóльшую мощность электрической энергии, т. е. бóльшее напряжение или бóльшую силу тока, в зависимости от способа соединения аккумуляторов в батарею - последовательного или параллельного.

С точки зрения конструкции любая аккумуляторная батарея - это заполненная специальной жидкостью (электролитом) емкость, внутри которой располагаются электроды в виде собранных в пакеты пластин, изготовленных в зависимости от типа батареи из различных материалов, и имеющих заряды разной полярности (отрицательные и положительные).

Одинаковые внешне, все аккумуляторные батареи имеют существенные внутренние отличия, и классифицируются, в первую очередь, по составу пластин, образующих электроды аккумуляторов и виду электролита.

Из всего разнообразия аккумуляторов электрической энергии в автомобилях в качестве стартерных используются в подавляющем большинстве свинцовые аккумуляторные батареи с кислотным электролитом. Это обусловлено тем, что свинцовые аккумуляторы обладают максимальной энергоемкостью и способностью за короткий момент времени отдавать большой ток по сравнению с аналогами, в которых основу пластин составляют другие металлы, сплавы или проводники. Большой ток необходим для прокручивания коленчатого вала автомобильного двигателя при его пуске.

Из-за этих уникальных свойств свинцово-кислотных аккумуляторов разработчикам приходится мириться с тем, что серная кислота и свинец являются очень вредными веществами, способными нанести вред природе и человеку. По этой причине корпуса всех свинцовых аккумуляторов выполняются из прочной кислотостойкой пластмассы, что позволяет обеспечить максимальную безопасность во время транспортировки, эксплуатации и обслуживания. В ближайшей перспективе достойной альтернативы свинцово-кислотным аккумуляторам нет.

Современные автомобильные аккумуляторы содержат в своей конструкции свинцовые пластины с добавлением различных химических веществ и соединений. По составу этих добавок аккумуляторные батареи классифицируют на несколько типов. В качестве автономного источника тока на автомобилях наиболее широко применяются следующие типы аккумуляторов:

  • Сурьмянистые (классический тип аккумуляторов);
  • Малосурьмянистые;
  • Кальциевые;
  • Гибридные;
  • Гелевые;
  • AGM;
  • Щелочные;
  • Литий-ионные.

***

Сурьмянистые аккумуляторы

Свинцовые пластины сурьмянистых аккумуляторов содержат в составе более 5% сурьмы (Sb). Такие аккумуляторы применялись в качестве источника электроэнергии ранее перечисленных типов, поэтому сурьмянистые батареи можно считать классическими аккумуляторами. В настоящее время сурьмянистые аккумуляторы считаются устаревшим типом автомобильных источников тока, и уступили место аккумуляторам с меньшим содержанием сурьмы.

Известно, что свинец является мягким и очень пластичным металлом, поэтому в чистом виде малопригоден для использования в аккумуляторах и аккумуляторных батареях автомобилей. Добавка сурьмы в свинец позволяет увеличить прочность пластин. Но благодаря такой добавке существенно ускоряется процесс электролиза; вода разлагается на составляющие компоненты, при этом процесс сопровождается выделением газов (кислорода и водорода) из электролита. Внешне создается впечатление, что электролит кипит, выделяя пузырьки газа.

В результате вода «выкипает», плотность электролита изменяется, а его количество в аккумуляторах батареи уменьшается, что приводит к оголению электродов. Для компенсации потери электролитом воды в аккумуляторную батарею приходится систематически доливать дистиллированную воду.

По этой причине сурьмянистые аккумуляторные часто называют обслуживаемыми, поскольку приходится довольно часто производить проверку плотности и уровня электролита, корректируя их доливкой воды. Современные типы аккумуляторных батарей, пришедшие на смену сурьмянистым, называют необслуживаемыми, несмотря на то, что в них тоже предусматриваются элементы конструкции, необходимые для обслуживания. Тем не менее, такие батареи требуют значительно меньше внимания при эксплуатации и нуждаются в менее трудоемком уходе.

В настоящее время сурьмянистые батареи практически не используются на автомобилях. Их вытеснили другие, более прогрессивные типы аккумуляторов, имеющие улучшенный состав добавок в свинец пластин, что придает им ряд высоких качественно-эксплуатационных характеристик и свойств. Современные автомобильные аккумуляторы изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.

Тем не менее, сурьмянистые аккумуляторы ещё нередко применяются в различных стационарных установках в качестве источниках тока, где эксплуатация таких батарей сопровождается уходом со стороны квалифицированного персонала. Основное достоинство сурьмянистых батарей – их относительно невысокая стоимость, неприхотливость, а также простота обслуживания в стационарных условиях. К сожалению, этих свойств оказалось недостаточно, чтобы сохранить лидерство в качестве автомобильного источника тока.

***

Малосурьмянистые аккумуляторы

Малосурьмянистые батареи имеют пластины, изготовленные из свинца без каких либо добавок, и считаются самыми простыми и дешевыми. Такие батареи довольно распространены на автомобильном рынке, преимущественно отечественном, и, в принципе, являются универсальными.

Основной причиной применения аккумуляторных пластин с малым содержанием сурьмы (меньше 5%) является стремление конструкторов уменьшить интенсивность потерь воды из электролита в результате электролизных процессов, которые начинаются при заряде аккумуляторного блока до напряжения 2 В. Применение пластин с малым содержанием сурьмы уменьшает электролизные явления, что позволило избавиться от необходимости часто проверять и корректировать уровень электролита в батарее. Кроме того, в таких аккумуляторных батареях уровень саморазряда при хранении существенно ниже, чем в сурьмянистых АКБ.

Тем не менее, такие аккумуляторы тоже нуждаются в периодическом обслуживании, хоть и в меньшей степени, чем сурьмянистые. Некоторые потери воды из электролита имеют место, поэтому изредка требуется проверять его плотность и уровень, доливая, при необходимости, дистиллированную воду. Исходя из этого, малосурьмянистые АКБ правильнее будет отнести к малообслуживаемым, а не к необслуживаемым батареям.

К преимуществам малосурьмянистых аккумуляторных батарей можно отнести сравнительно малый саморазряд при хранении, низкую стоимость, а также их неприхотливость к электрическим параметрам бортовой сети автомобиля. Возникающие в бортовой сети перепады напряжения не оказывают существенных негативных влияний на параметры малосурьмянистой аккумуляторной батареи. Этого нельзя сказать о более современных видах свинцово-кислотных аккумуляторов - кальциевых, AGM, гелевых, у которых в таких условиях характеристики могут сильно изменяться, причем иногда даже необратимо.

По этой причине малосурьмянистые аккумуляторные батареи лучше всего подходят для эксплуатации на автомобилях, в которых бортовая сеть не обеспечивается стабильным напряжением, в том числе, на автомобилях отечественного производства, которые еще нередко «грешат» этим недостатком. Ну и, конечно же, цена аккумулятора – далеко не последнее требование потребителя, а малосурьмянистые АКБ являются самыми дешевыми среди свинцово-кислотных аналогов.

***

Кальциевые аккумуляторы

Применение сурьмы в составе аккумуляторных пластин позволяет увеличить их прочность, что для автомобильного аккумулятора немаловажно. Но, как указывалось выше, сурьма является причиной интенсивных электролизных процессов в аккумуляторе, сопровождающихся потерей воды из электролита.

Снизить это негативное явление можно не только отказом от применения сурьмы, но и использованием вместо нее более подходящего металла в решетках электродов. Подходящим для этих целей металлом оказался кальций (Са). Использование кальция вместо сурьмы позволило повысить напряжение начала электролиза воды в каждом аккумуляторе с 2 до 3,6 вольт, поэтому перезаряд для такой аккумуляторной батареи не грозит «обезвоживанием» электролита.

В конструкции кальциевых аккумуляторов применяются кальциевые пластины, при этом не имеет значения, каким зарядом будут заряжаться - отрицательным или положительным. Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку «Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем составе кальций.

Применение кальция в составе пластин позволило значительно снизить интенсивность электролизных явлений, сопровождающихся потерями воды из электролита по сравнению с малосурьмянистыми аккумуляторами. Потери воды за весь срок службы кальциевых батарей настолько мал, что практически отпадает необходимость в проверке плотности и уровня электролита в аккумуляторах. Таким образом, кальциевые аккумуляторные батареи имеют полное право называться необслуживаемыми.

Кроме того, кальциевые аккумуляторные батареи имеют относительно низкий уровень саморазряда - почти на 70% ниже, чем у малосурьмянистых АКБ. Благодаря этому кальциевые батареи дольше сохраняют свои эксплуатационные свойства при длительном хранении.

Иногда вместе с кальцием в состав пластин в малых количествах добавляют серебро, что позволяет уменьшить внутреннее сопротивление аккумуляторов. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД аккумуляторной батареи.

Не лишены кальциевые аккумуляторные батареи и недостатков.

Одним из главных минусов является плохая стойкость аккумуляторов данного типа к глубокому разряду. Достаточно три-четыре раза чрезмерно разрядить батарею, как необратимо снижается уровень ее энергоемкости, т. е. существенно уменьшается количество электрической энергии, которую батарея способна накопить в процессе заряда. В таких случаях кальциевую аккумуляторную батарею, как правило, выбраковывают. Эксплуатируя кальциевую аккумуляторную батарею необходимо помнить, что несколько полных циклов разряда могут привести ее в полную негодность, что, с учетом ее высокой стоимости, приведет к существенным затратам на приобретение нового аккумулятора.

Кроме того, кальциевые аккумуляторы весьма чувствительны к перепадам напряжения в бортовой сети автомобиля, теряя эксплуатационные качества. Приобретая для автомобиля аккумуляторную батарею такого типа, необходимо убедиться в стабильности напряжения бортовой сети, исправности регулятора напряжения и генератора.

Существенным для потребителей минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов по сравнению с сурьмянистыми. Тем не менее, этот недостаток с лихвой окупается надежностью и качеством таких источников тока, а также отсутствием необходимости в уходе за электролитом. При правильной эксплуатации кальциевая АКБ будет служить долго и надежно, не требуя от владельца никаких хлопот по обслуживанию и уходу.

Обычно кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на автомобили, у которых в системе электрооборудования гарантированно поддерживается стабильное напряжение, т. е. на автомобили не ниже среднего ценового диапазона.

***

Гибридные аккумуляторы

В гибридных аккумуляторах для изготовления электродов применяются комбинированные пластины: положительные - малосурьмянистые, отрицательные - кальциевые. Иногда в состав свинцово-кальциевых пластин гибридных батарей добавляют небольшое количество серебра. Благодаря этому удается сочетать положительные качества и свойства обоих типов описанных выше аккумуляторных батарей – малосурьмянистых и кальциевых.

В результате такой «комбинации» электролизные потери воды из электролита у гибридных батарей почти в два раза ниже, чем у малосурьмянистых аккумуляторов, однако выше, чем у кальциевых. Существенным плюсом гибридных аккумуляторных батарей является высокая устойчивость к глубоким разрядам и перезарядам. Перепады напряжения в бортовой сети автомобиля тоже не оказывают на гибридные батареи столь пагубного влияния, как, например, на кальциевые АКБ.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что по эксплуатационным характеристикам гибридные аккумуляторные батареи занимают нишу между малосурьмянистыми и кальциевыми аналогами.

Выбор гибридной аккумуляторной батареи для недорогих и средних по стоимости автомобилей можно назвать самым оптимальным решением. Великолепно такие батареи подойдут и для автомобилей со «стажем», как импортных, так и отечественных. По понятным причинам, решающее значение на такой выбор оказывает оптимальное соотношение «цена-качество».

На корпусах гибридных аккумуляторов обычно наносится обозначение Ca+ или Ca/Sb.

***



Гелевые аккумуляторы отличаются от своих свинцово-кальциевых «собратьев» тем, что в них применяется не жидкий, а гелеобразный (киселеобразный) электролит. Это позволяет значительно уменьшить проблему текучести электролита, содержащего чрезвычайно агрессивную серную кислоту. Не секрет, что небрежное отношение к аккумулятору или к его обслуживанию может явиться причиной опасных последствий при попадании пролитого электролита на кожу или в окружающую среду. Густой гелеобразный электролит лишен опасной текучести, свойственный классическим жидкостям.

Кроме того, гель препятствует осыпанию активной массы аккумуляторных пластин, удерживая ее у поверхности электродов, избавляя конструкторов от необходимости добавлять в свинец излишнее количество добавок (сурьму, кальций), повышающих прочность пластин. Благодаря тому, что гель менее текучий, чем жидкий электролит, гелевые батареи не боятся наклонов и качки.

Для перевода электролита в гелеобразное состояние используют, так называемую, технологию GEL (Gelled Electrolite), которая заключается в добавке к жидкому электролиту соединений кремния.

Кроме отмеченных выше достоинств гелеобразного электролита, к существенным преимуществам гелевых аккумуляторных батарей можно отнести и другие положительные свойства.

У них низкая скорость саморазряда, благодаря чему их можно хранить долгое время без критического снижения напряжения между электродами. Гелевые аккумуляторы отдают ток одинаковой силы вплоть до полного разряда и независимо от начальной степени заряда батареи. При этом они не боятся глубокого разряда, полностью восстанавливая свойства после заряда, и могут выдержать несколько сотен циклов заряд-разряд без существенного снижения эксплуатационных качеств. Этот тип аккумуляторных батарей относится к необслуживаемым, т. е. в процессе эксплуатации не нуждаются в уходе и повышенном внимании.

Не лишены гелевые АКБ и недостатков.

К таковым относится высокая чувствительность гелевых аккумуляторов к напряжению заряда - если процесс зарядки форсировать напряжением более 14 В, можно привести батарею в полную негодность. При заряде повышенным напряжением начинаются необратимые разрушения желеобразного электролита, электролит буквально «тает» и восстановить его будет невозможно. Кроме того, высокое зарядное напряжение способно привести к вспучиванию батареи.

С учетом того, что у многих автомобилей напряжение в бортовой сети изменяется в пределах 13...16 В, применять гелевые аккумуляторные батареи на них не рекомендовано. По этой же причине для зарядки гелевых батарей предусматриваются специальные зарядные устройства, позволяющие осуществлять зарядку в щадящем режиме. Чтобы избежать неприятностей в виде непредвиденных расходов, заряд гелевого аккумулятора следует производить, изучив соответствующую инструкцию.

Гелевые аккумуляторы чрезвычайно чувствительны к короткому замыканию. Даже незначительное и кратковременное замыкание может полностью испортить батарею.

Существенным недостатком является чувствительность гелевого электролита к низким температурам. При значительном снижении температуры электролит еще больше густеет, что приводит к потере его качественных свойств и уменьшению реальной емкости аккумулятора.

Впрочем, сильный перегрев для гелевых АКБ тоже опасен, и может даже привести к взрыву батареи.

Высокая стоимость гелевых аккумуляторных батарей и их чувствительность к напряжению в бортовой сети являются основными причинами их редкого применения на автомобилях. Такие АКБ можно встретить лишь на дорогих авто престижных классов и на внедорожниках, которым часто приходится преодолевать неровности дороги и бездорожья. Гелевые аккумуляторы нередко применяются в качестве источников тока на транспортных средствах, которые при движении подвержены тряске, раскачиванию и наклонам - на мотоциклах, морских судах, самолетах и т. п.

Несмотря на высокую стоимость, гелевые батареи не являются «вечными». Реальный срок службы на автомобиле может достигать 8…10 лет. При правильной эксплуатации в идеальных условиях гелевые аккумуляторные батареи могут прослужить до 12 лет.

Обычно гелевые аккумуляторы маркируются специальным знаком, в котором присутствует аббревиатура «GEL», обозначающая технологию его исполнения.

***

EFB аккумуляторы

EFB технология - это промежуточная ступень между классической АКБ и AGM. Принципиальное различие EFB и AGM аккумуляторов заключается в том, что в AGM электролитом пропитаны маты из стекловолокна, то есть он практически не способен выливаться из батареи. В АКБ, выполненных по технологии EFB, жидкий электролит вместе с пластинами заключен в специальные конверты (индивидуальные емкости для каждой пластины), а не пропитан в стекловолокно.

Изначально EFB разрабатывались для системы «старт–стоп» («start-stop»), при которой двигатель автоматически глохнет и запускается манипуляцией водителем педалями тормоза и акселератора. Система «старт–стоп» в настоящее время обретает все большую актуальность и популярность, поскольку ее использование позволяет экономить топливо, снизить количество вредных выбросов и шум от работающего на холостых оборотах (во время остановок) двигателя. Обычная свинцовая АКБ не выдерживает много стартов в течение относительно коротких поездок (например, по городу) с частыми остановками, а вот аккумуляторы EFB легко переносит такой режим. Они очень быстро заряжаются, поэтому генератор успевает компенсировать энергию, потраченную стартером при пуске двигателя.

Enhanced Flooded Battery в переводе с английского означает «улучшенная жидкозаполенная батарея». Свинцовые пластины в EFB значительно толще, чем в традиционных АКБ, что увеличивает их емкость и скорость зарядки. Каждая пластина заключена в отдельный конверт из специального микроволокна, заполненный жидким сернокислотным электролитом. Подобная мера помогает защитить поверхность пластин от сульфатации, а в случае осыпания активной массы - от короткого замыкания и преждевременного отказа аккумуляторов.

Аккумуляторы, изготовленные по технологии EFB, имеют следующие положительные свойства:

  • устойчивость к глубоким разрядам, после которых EFB способны восстанавливать емкость практически до 100%, в отличие от других типов свинцовых аккумуляторных батарей, теряющих при чрезмерном разряде до 5% ресурса;
  • способность работать в широком температурном диапазоне (от -50 до +60 °C);
  • пониженная коррозийная активность электролита при высоких температурах;
  • улучшенные показатели пускового тока, что немаловажно при частых пусках двигателя;
  • практически отсутствует испарение электролита в процессе эксплуатации;
  • способность переносить бόльшее количество циклов заряда-разряда без снижения эксплуатационных показателей.

Такие аккумуляторные батареи безопасны и практически не обслуживаемы. Подзаряжать их можно даже дома, поскольку электролит при этом не испаряется.

Если провести сравнение EFB и AGM аккумуляторов, как наиболее близких по конструкции, то первые отличаются следующими положительными качествами и свойствами:

  • увеличенная толщина каждой отдельной пластины, что благотворно сказывается на ресурсе батареи;
  • более высокая скорость накопления заряда (почти в полтора раза);
  • бόльшая надежность при режимах работы двигателя в условиях частых остановок;
  • меньшая стоимость (EFB примерно на треть дороже обычной свинцовой АКБ).

К числу недостатков EFB (в сравнении с AGM аккумуляторами) можно отнести меньшую отдаваемая мощность, что негативно сказывается при большом количестве потребителей электроэнергии. Кроме того, EFB не способны поддерживать технологию рекуперации энергии торможения.

***

AGM аккумуляторы

AGM аккумуляторные батареи являются разновидностью гелевых батарей и изготавливаются по усовершенствованной технологии. В них электролит тоже находится в гелеобразном состоянии, но, в отличие от аккумуляторов, изготовленных по технологии GEL, в AGM аккумуляторах, помимо кремниевых добавок в электролит, между пластинами располагают специальный пористый материал, выполненный из стекловолокна, дополнительно удерживающий гель и защищающий электроды от осыпания.

Аббревиатура «AGM» расшифровывается в буквальном смысле – «абсорбирующий (поглощающий) стекломатериал» (Absorbent Glass Mat). Этот тип аккумуляторов впервые начал применяться в 70-х годах прошлого века в качестве источников тока для стационарных систем бесперебойного электроснабжения. Эксплуатационные и технические характеристики гелевых аккумуляторов GEL и аккумуляторов AGM почти не отличаются.

Тем не менее, можно отметить ряд преимуществ и недостатков батарей этого типа в сравнении с гелевыми аккумуляторами. Преимущества: меньшая стоимость, относительно низкая чувствительность к напряжению заряда, коротким замыканиям и температуре внешней среды.

AGM аккумуляторы, как и гелевые, не нуждаются в обслуживании (необслуживаемые).

Недостатки: меньшая долговечность по допустимому количеству циклов заряд-разряд (примерно в два раза), бóльшая чувствительность к глубокому разряду, более быстрый саморазряд.

Как и у гелевых аккумуляторных батарей, пластины электродов AGM изготавливаются из свинца с добавкой кальция (иногда с включением серебра). Следует учитывать, что технические характеристики и требования к обслуживанию у разных моделей аккумуляторных батарей AGM и GEL могут существенно отличаться, поэтому следует внимательно ознакомиться с инструкцией по их эксплуатации, прежде, чем использовать по назначению.

Из-за низкой стоимости аккумуляторные батареи AGM получили более широкое применение, особенно в машинах и установках с большим периодом циклов заряда-разряда.

В обозначении аккумуляторов данного типа присутствует аббревиатура «AGM».

***

Щелочные аккумуляторы

В качестве аккумуляторного электролита может использоваться не только водный раствор кислоты, но и щелочной раствор. Аккумуляторы такого типа называют щелочными. В настоящее время конструкторами и разработчиками предложено множество конструкций щелочных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, но на автомобилях они широкого применения не нашли. Тем не менее, иногда можно встретить щелочную батарею в качестве источника постоянного тока системы электрооборудования на автомобилях, поэтому особенности их конструкции, достоинства и недостатки надо знать.

На автомобилях применяются щелочные аккумуляторы двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные. Как можно догадаться из названий, основное отличие заключается в химическом составе пластин, образующих электроды аккумуляторов.

В никель-кадмиевой батарее положительные пластины покрыты гидроксооксидом никеля NiO(OH) (он же метагидроксид никеля или гидрат окиси никеля III), отрицательные пластины - сплавом кадмия и железа.

В никель-железной батарее положительные пластины покрыты тем же составом, что и в никель-кадмиевой батарее - гидроксооксидом никеля. Отличие заключается в составе отрицательных электродов - в никель-железных аккумуляторах они изготавливаются из чистого железа (Fe).

И никель-железные, и никель-кадмиевые аккумуляторы используют в качестве электролита раствор едкого калия (КОН).

Электроды в щелочных аккумуляторных батареях выполняются в виде тончайших гофрированных пластин, которые заполняются активной массой, а затем упаковываются в «пакеты». Это позволяет существенно повысить устойчивость аккумуляторов к вибрации.

В аккумуляторах щелочного типа количество пластин в положительных и отрицательных электродах не одинаково. В никель-кадмиевом типе аккумуляторов количество положительных пластин на единицу больше количества отрицательных пластин. В щелочных аккумуляторах с никель-железными пластинами, наоборот - на одну отрицательную пластину больше.

Еще один тип щелочных аккумуляторов - серебряно-цинковый аккумулятор. Анодом в таком аккумуляторе является оксид серебра в виде спресованного порошка, катодом - смесь окиси цинка и цинковой пыли. Электролит, как и у прочих щелочных аккумуляторов - раствор химически чистого гидроксида калия плотностью 1,4 без каких-либо добавок. Серебряно-цинковые аккумуляторы отличаются очень малым внутренним сопротивлением и большой удельной энергоёмкостью (0,15 кВт×ч/кг, 0,65 кВт×ч/дм3). Одной из важнейших особенностей серебряно-цинкового аккумулятора является способность отдавать в нагрузку токи колоссальной силы (до 50 А на каждый А×ч ёмкости). Из недостатков следует отметить высокую стоимость. Применяются такие аккумуляторы в авиации, космосе, военной технике, часах и сложной бытовой технике.

Достоинства щелочных аккумуляторов

Щелочные аккумуляторные батареи обладают существенными положительными свойствами в сравнении с кислотными аккумуляторами:

Отсутствие электролиза воды в электролите. Положительным свойством щелочных батарей является то, что в них при протекании химических реакций не расходуется электролит, или, если выразиться точнее – из электролита не «выкипает» вода в результате электролизных процессов. Поэтому в щелочных аккумуляторах можно не предусматривать излишки электролита, опасаясь его расходования, как это имеет место в кислотных аккумуляторах, где по понятным причинам приходится наливать электролит с некоторым запасом.

Сравнительно высокая удельная энергоемкость. Удельная энергоемкость щелочных аккумуляторов выше, чем у кислотных аккумуляторов, т. е. на единицу собственной массы щелочные аккумуляторы способны накопить больше электрической энергии. Благодаря этому, при одинаковых весовых параметрах, щелочные аккумуляторы будут дольше отдавать ток, что особенно существенно при тяговом и стартерном режимах эксплуатации.

Хорошая переносимость глубоких разрядов. Щелочная батарея может длительное время храниться в разряженном состоянии без потери эксплуатационных характеристик, чего нельзя сказать про кислотные аккумуляторные батареи.

Хорошая переносимость переразрядов. Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд, губительно сказывающийся, например, на гелевых аккумуляторах.

Сравнительная стойкость к низким температурам. Щелочные аккумуляторы стабильнее работают в условиях низких температур, обеспечивая относительно надежный запуск двигателей в зимнее время.

Относительно низкий саморазряд. Интенсивность саморазряда щелочных аккумуляторов ниже, чем у кислотных, что тоже немаловажно.

Относительная безопасность и экологичность. Щелочные аккумуляторные батареи менее опасны и более экологичны, чем их кислотные аналоги, поскольку выделяют меньше вредных веществ в окружающую среду при работе или при утечке электролита.

Недостатки щелочных аккумуляторов

Однако у щелочных аккумуляторных батарей имеются и недостатки в сравнении с аккумуляторами, использующими в качестве электролита водный раствор серной кислоты:

Сравнительно низкое напряжение между электродами. Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять в батарею большее количество аккумуляторов для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты кислотного аккумулятора будут меньше габаритов щелочного аккумулятора.

Щелочные аккумуляторы «страдают» так называемым «эффектом памяти». Это неприятное свойство аккумуляторов некоторых типов заключается в том, что при разряде аккумулятора до определенного уровня он «запоминает» предел, до которого был разряжен, и в следующий раз, при очередной разрядке, отдает энергию лишь до порога, который запомнил при последнем разряде. Таким образом, эффект памяти является серьезным недостатком, способным существенно уменьшить реальную емкость аккумулятора, даже если он вполне исправен. Причиной проявления эффекта памяти является укрупнение кристаллических образований активного вещества аккумулятора и, как следствие, уменьшение площади активной поверхности его рабочего вещества.

Стоимость. Щелочные батареи значительно дороже кислотных.

Область применения и перспективы

Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных, например, в электропогрузчиках, электрокарах и т. п. Из-за повышенных габаритов стартерные щелочные АКБ используются лишь на ограниченном количестве грузовых автомобилей. Что касается использования щелочных аккумуляторных батарей на легковых автомобилях – в настоящее время они не способны составить достойную конкуренцию свинцово-кислотным аккумуляторным батареям. Что будет дальше – покажет будущее. В любом случае, усовершенствование конструкции щелочных аккумуляторов – направление перспективное, и разработки ведутся.

***

Литий-ионные аккумуляторы

На сегодняшний день литий-ионные аккумуляторы - самый популярный тип аккумуляторов для бытовых устройств. Пионером в разработке и применении таких аккумуляторов является знаменитая японская корпорация Sony (первые литий-ионные батареи были испытаны в 1991 г.). Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) применяются в сотовых телефонах, цифровых фото- и видеокамерах, ноутбуках и электромобилях. Несмотря на то, что бытовая техника и электромобили далеки по назначению и конструкции от автомобилей, оборудованных двигателями внутреннего сгорания с соответствующей системой электрооборудования, литий-ионные аккумуляторные батареи на сегодняшний день считаются наиболее перспективными для использования в качестве автомобильного источника электрического тока.

Как и другие источники тока, преобразующие химические процессы в электрическую энергию, литий-ионный аккумулятор состоит из электродов, собранных в пакеты и разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Катодный материал обычно выполняется на алюминиевой фольге, а анодный - на медной фольге. Пакеты электродов размещены в герметичном корпусе, выводы отрицательных и положительных электродов подсоединены к клеммам-токосъёмникам. Поскольку литий-ионные аккумуляторы весьма чувствительны к перепадам температуры и зарядного тока, корпус обычно оснащается предохранительным клапаном, сбрасывающим внутреннее давление в аварийных ситуациях.

Для обслуживания литий-ионных аккумуляторов применяются специальные устройства заряда-разряда.

Носителями электрического тока в аккумуляторах такого типа являются положительно заряженные ионы лития. Они способны внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, оксиды (LiMnO2) и соли (LiMnRON) металлов.

Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем - каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. Применение оксидов кобальта позволяет аккумуляторам работать на значительно более низких температурах, повышает количество циклов разряда/заряда одного аккумулятора. Распространение литий-феррум-фосфатных аккумуляторов обусловлено их относительно низкой стоимостью.

В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются следующие типы катодных материалов:

  • кобальтат лития LiCoO2 и твёрдые растворы на основе изоструктурного ему никелата лития;
  • литий-марганцевая шпинель LiMn2O4;
  • литий-феррофосфат LiFePO4.

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

  • Высокая удельная емкость (емкость на единицу массы).
  • Выдаваемое напряжение выше, чем у всех рассмотренных выше аккумуляторов - один элемент питания способен выдавать около 4 вольт. Для примера: напряжение одного элемента классической аккумуляторной батареи - примерно 2 вольта.
  • Низкий уровень саморазряда.
  • Литий-ионные аккумуляторы не подвержены пагубному влиянию «эффекта памяти».
  • Литий-ионные аккумуляторы не нуждаются в специальном периодическом обслуживании, т. е. относятся к необслуживаемым аккумуляторам.

Перечисленные положительные качества литий-ионных аккумуляторов делают их наиболее привлекательными для использования в качестве источника энергии электромобилей.

Тем не менее, присущие литий-ионным аккумуляторным батареям недостатки не позволяют в настоящее время массово использовать их вместо применяющихся сурьмянистых, кальциевых, гелевых и других типов батарей. К таковым относятся:

Высокая чувствительность к температуре окружающей среды. При отрицательных температурах резко снижается способность литий-ионных аккумуляторов отдавать энергию. Это одна из главных проблем, над решением которой в настоящее время трудятся многочисленные конструкторы и разработчики во всем техническом мире.

Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к глубоким разрядам и высокому напряжению заряда. Из-за превышения зарядного напряжения литий-ионный аккумулятор может загореться, поэтому в корпус батареи часто встраивают контроллер заряда аккумуляторов, который обеспечивает защиту от превышения напряжения заряда. Кроме того, контроллер может следить за температурой аккумуляторов, отключая его при перегреве во время зарядки, ограничивать глубину разряда и ток потребления.

Но такой защитой снабжаются далеко не все литий-ионные аккумуляторы; многие производители в борьбе за сбыт могут ее игнорировать, обеспечивая тем самым снижение себестоимости и низкую цену на рынке. При покупке литий-ионных аккумуляторов необходимо учитывать и этот фактор.

Число циклов заряда-разряда, которые способна вынести такая батарея без потери эксплуатационных характеристик и свойств тоже пока невелико – не более 600 циклов.

Литий-ионные аккумуляторы с течением времени теряют способность накапливать энергию – каждый год хранения батарея теряет до 10 % первоначальной емкости, особенно если аккумуляторы хранятся при положительных температурах.

Недостаточная мощность для использования в качестве стартерной батареи. Силы тока, выдаваемой литий-ионным элементом, хватает для питания электронных приборов, но недостаточно для пуска двигателя.

Большую роль в долговечности и исправной работе литий-ионного аккумулятора играет его правильная эксплуатация. Чтобы продлить срок службы батареи необходимо придерживаться следующих правил:

  • использовать для зарядки только специальные зарядные устройства литий-ионных аккумуляторов;
  • не допускать глубокого разряда литий-ионной батареи;
  • не заряжать аккумуляторную батарею вблизи источников тепла.

Не так давно был разработан и уже использован на практике более совершенный тип литий-ионного аккумулятора - литий-полимерный аккумулятор (Li-pol или Li-polymer). В качестве электролита в нем используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя. Используемые в мобильных телефонах и цифровой технике литий-полимерные аккумуляторы не способны отдавать большой ток, но существуют специальные силовые литий-полимерные аккумуляторы, которые способны отдавать ток в десятки раз превышающий численное значение ёмкости.

Тем не менее, современные литий-ионные аккумуляторы и аккумуляторные батареи пока еще далеки до совершенства, соответствующего требованиям к подобным источникам электроэнергии. По этим причинам в настоящее время такие батареи используются, преимущественно, для обеспечения питанием различной мобильной электроники и измерительных приборов. Если разработчикам удастся избавить литий-ионные аккумуляторы от описанных выше недостатков, они с успехом заменят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, вытеснив их с лидирующих позиций.

***

Аккумуляторы будущего

Работы по совершенствованию видов аккумуляторных батарей ведутся в следующих основных направлениях:

  • увеличение удельной энергоёмкости (емкость на единицу массы);
  • снижение стоимости;
  • уменьшение трудоемкости обслуживания и эксплуатации;
  • уменьшение массы, габаритов и гибкость формы;
  • улучшение технологических качеств и свойств: прочности, стойкости к различным внешним воздействиям, в т. ч. - температурным, неприхотливости к хранению, малая чувствительность к колебанию и амплитуде напряжений при заряде и разряде;
  • повышение безопасности и экологичности.

***

Неисправности аккумуляторных батарей


Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты

k-a-t.ru

Виды аккумуляторов: типы аккумуляторных батарей и их особенности

Одной из важнейших составляющих электрического оборудования и техники любого типа является аккумуляторная батарея, или, проще говоря, аккумулятор. Существуют различные виды аккумуляторов, и в данной статье речь пойдет обо всех типах таких приспособлений.

Самый первый АКБ был создан более полутора столетий назад во Франции ученым Гастоном Планте. С каждой последующими попытками усовершенствования устройства становились все лучше, однако принцип их функционирования и строение остались неизменны. Сейчас же существуют самые разнообразные типы аккумуляторов: Li-Ion, Ni-MH, Ni-Cd и многие другие. Они имеют примерно одинаковый принцип работы, но у каждого — свои особенности. Стоит рассказать обо всех этих разновидностях по порядку.

Устройства с пониженным содержанием сурьмы

Пожалуй, стоит начать описание с одного из самых часто применяемых видов аккумуляторов. АКБ с содержанием менее 5% сурьмы избавили от необходимости частого добавления дистиллированной воды. Хотя это не делает аккумуляторы данного типа необслуживаемыми из-за имеющихся расходов жидкости.

Также они обладают крайне малой степенью саморазряда батареи и переносимости электрических характеристик автомобильной бортовой сети, в отличие от своих более новых аналогов.

Сурьмянистые аккумуляторы

Данный вид аккумуляторных батарей признан устаревшим. Ему на замену пришли более современные и усовершенствованные типы АКБ с пониженным содержанием сурьмы. Однако до сих пор аккумуляторы данного вида служат по своему назначению в стационарных токовых источниках с неприхотливыми батареями.

Кальциевые альтернативы

Кальциевые АКБ хороши тем, что они уменьшают интенсивность электролиза и снижают уровень электролита. Помимо этого, кальций, заменивший сурьму, увеличил напряжение, нужное для начала осуществления электролиза, что уменьшило критичность последствий перезаряда.

Но не стоит забывать, что, как и все существующие типы аккумуляторных батарей, кальциевые АКБ обладают своими слабыми сторонами. Главный минус — повышенная чувствительность к мощному разряду ведет к резкому падению емкости.

Щелочные АКБ

Щелочными батареями называют такие устройства, в которых электролитом выступает щелочь, а не кислота. Устройства такого вида встречаются в автомобилях далеко не часто, однако они могут выступать в качестве аккумуляторов, например, для шуруповертов.

Одним из таких приспособлений является Ni-Cd аккумулятор — по факту его признали устаревшим, тем не менее он еще может встать наравне со своими более новыми конкурентами за счет дешевизны. Однако так называемый «эффект памяти» и повышенный саморазряд делают применение Ni-Cd устройства весьма проблематичным.

Его никель-металл-гидридный конкурент, разумеется, выше по цене, но при этом по качеству он существенно лучше. По сравнению с Ni-Cd аналогами, «эффект памяти» у них выражается в меньшей степени, хотя он все же присутствует. Также увеличенная вместимость и пониженный саморазряд вполне объясняют высокую цену.

Литий-ионная альтернатива

Пожалуй, из всех существующих видов аккумуляторов для автомобилей и не только самым лучшим можно назвать Li-ion. Он стоит значительно дороже своих Ni-MH и Ni-Cd аналогов. Это можно объяснить тем, что аккумуляторы с ионами лития не имеют тех недостатков, которыми обладают рассмотренные ранее модели. Хотя приспособления такого вида, равно как и все существующие устройства, все же не лишены своих слабых сторон, причем действительно существенных.

Среди главных уязвимостей можно выделить:

  • чрезмерную чувствительность к низким температурам, из-за чего уменьшается ток, отправляемый li-ion батареей;
  • уменьшение вместимости с каждым годом;
  • литий-ионные приспособления не выдерживают тотальной разрядки и зарядки до конца — в противном случае это оканчивается разрушением и даже взрывом прибора. Подробнее о том, как правильно заряжать Li-ion аккумуляторы →

Модели такого типа широко применимы в качестве зарядного устройства для мобильных устройств. В случае, если технологический прогресс дойдет до достаточного уровня, чтобы Li-Ion приспособления лишились своих уязвимостей, они сумеют встать на замену кислотным батареям.

Стоит также заметить, что в старых моделях литий-ионных аккумуляторов применялись разнообразные оксиды лития, в которых также содержался марганец либо кобальт. Однако в более новые модели эти элементы добавлять перестали, заменив их сплавами литий-ферро-фосфатов в связи с их дешевизной, уменьшенной токсичностью и более простой возможносттю переработки.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-ионный полимерный аккумулятор, известный также как Li-Pol, LiPo, Li-polymer, представляет собой улучшенную версию стандартного литиевого аккумулятора и находит применение во многих видах техники. Электролитом здесь служит полимерный материал.

Такие типы литиевых аккумуляторов хороши тем, что обладают значительной энергетической плотностью на единицу объема и массы, пониженным саморазрядом, донельзя тонкими элементами (всего от 1 мм), возможностью гибкости, крайне несущественным перепадом напряжения в процессе разрядки, широким диапозоном температур, при которых устройство продолжит свою полноценную работу. И, ко всему прочему, LiPo не имеет эффекта памяти.

Хотя не стоит слепо полагать, что батареи такого плана на самом деле можно назвать полностью идеальными. Даже у Li-Pol есть свои изъяны. Один из самых существенных — опасность возгорания в случае перезарядки и избыточного потребления тепла. Недостатком представляется и сравнительно небольшое количество рабочих циклов — 800-900, а также старение аккумуляторов, даже если они лежат в стороне без надобности.

Наконец, даже сама зарядка весьма пагубно влияет на приспособление: если процесс зарядки уменьшает вместимость, то при глубоком заряде прибор можно смело отправлять в металлолом.

AGM и GEL-батареи

Гелевые батареи, как их часто называют, выступили как альтернативный вариант, безопасный в использовании. Проблему безопасности решили посредством перемещения электролита в связанное состояние, чтобы обеспечить уменьшение текучести.

Другими достоинствами GEL-батарей стали:

  • пониженное осыпание активной массы пластин;
  • пониженный саморазряд;
  • переносимость к вибрации.

Их также можно наклонять практически под любым удобным углом, они могут храниться в течение достаточно продолжительного времени за счет медленного саморазряда, а переразряд не «смертелен» и не несет никакого ущерба технике в процессе.

А вот перезарядка устройства этого типа, наоборот, может крайне отрицательно повлиять на него. Поэтому AGM и GEL-батареи все же требуют очень аккуратного и бережного обращения.

К примеру:

  • несмотря на то, что их можно класть чуть ли не как угодно, их нельзя держать перевернутыми;
  • работа при пониженных температурах может резко снизить функциональность приборов;
  • особых мер предосторожности требует особая чувствительность приспособлений к зарядке.

При надежном хранении устройства оно сможет прослужить до десяти лет.

Гибриды

Название говорит само за себя: гибридными считаются те батареи, в строение которых входят неодинаковые пластины, то есть выполненные из различных материалов. Стоит учесть, что положительно заряженные пластины включают в себя компоненты сурьмы (ее содержание в них не превышает 5%), в то время как отрицательно заряженные пластины имеют в составе кальциевые компоненты.

Новый, чуть ли не революционный метод изготовления аккумуляторных батарей смог привести к следующему:

  • Во-первых, если сравнивать аккумуляторы с пониженным содержанием сурьмы, расход жидкости очевидно уменьшается.
  • Во-вторых, батарея стала более устойчивой и выносливой к перепадам напряжения, даже в случаях интенсивной зарядки и тотальной разрядки.

Конечно, это вовсе не означает, что данные аккумуляторы можно считать полностью идеальными «без единого изъяна». Они не имеют никаких особых преимуществ над всеми вышеописанными устройствами. Но при этом по качеству характеристик их можно поставить прямо посередине этого ряда.

Никель-металл-гидрид

Никель-металл-гидриды, или Ni-MH, как их обозначают в сокращенном варианте, являются такими видами аккумуляторных батарей, где в качестве отрицательного иона выступает водородный металлогидридный электрод, калиевый гидроксид в качестве электролита, никелевый — в качестве положительного иона.

Существует немалое количество различных типов батарей Ni-MH. К примеру, есть батареи долгого хранения LSD NiMH, которым не страшен мороз и длительный срок хранения. Они функционируют и с повышенными токами разряда, не разрываясь и не приходя в негодность из-за чрезмерной нагрузки.

Поэтому, к примеру, никель-металл-гидриды размера АА могут быть применимы в различных видах мелкой техники. Так, АА с большим объемом емкости в 1500-3000 мА/ч можно поместить в музыкальный плеер, радиоуправляемые игрушки, фотоаппарат и многие другие приспособления, где будет произведена зарядка за относительно непродолжительное время.

Весьма хороши и АА-батареи с уменьшенным объемом вместимости — такие АА, где емкость составляет всего 300-1000 мА/ч. АА данного типа применимы в качестве обеспечения питанием неавтоматических фонариков, управляемых пультом ДУ игрушек, раций и электронных приспособлений со сбалансированным энергопотреблением.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотная батарея стала первым изобретенным аккумулятором, увидевшим свет и нашедшим широкое применение в автомобилях и ряде других технических приборов.

Свое название приспособление получило за счет опущенных в воду и серную кислоту пластин из свинца, выполняющих роль электродов, хотя с течением времени водород в устройстве начинает теряться.

Популярность такие приспособления получили неслучайно, а благодаря очевидным достоинствам:

  • отсутствие эффекта памяти;
  • наличие необслуживаемых экземпляров;
  • невысокая цена;
  • несложная конструкция;
  • надежная технология;
  • пониженный авторазряд;
  • потенциал увеличенной токоотдачи.

Хотя, несмотря на немалое количество достоинств, даже у этих моделей есть и свои слабые стороны:

  • невозможность хранения разряженными;
  • чрезмерная чувствительность к температурным изменениям, влияющая на продолжительность функциональности и жизни;
  • ограниченность транспортов и дозволяемых целых циклов разряда;
  • и, разумеется, самый очевидный изъян — пагубное влияние свинца на экологическую среду.

Никелево-железные аналоги

Дешевые и малообслуживаемые Ni-Fe, они же никелево-железные батареи, обладают никель оксидо-гидроксидами, используемые как положительные пластины. В роли отрицательных пластин выступают оксиды-гидроксиды феррума. Жидкий электролит представляется в виде разъедающего калия.

Стоит признать, что данный тип батарей весьма надежен благодаря выносливости к тотальным разрядам, частой перезарядке. В отличие от той же свинцово-кислотной альтернативы, такие аккумуляторы не выйдут из строя, будучи в недозаряженном состоянии.

batteryk.com


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости