Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

 

   Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей — электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь тяговой аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S,  узнаем, как она устроена и раскроем магию успеха этой  аккумуляторной батареи.

 

   Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ.

   Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S – блок тяговой аккумуляторной батареи.

   Блок тяговой аккумуляторной батареи находится в днище автомобиля (по сути это пол электромобиля — машины), за счёт чего Tesla Model S имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой части кузова при помощи мощных кронштейнов (см. фото ниже) или выполняет роль силовой – несущей части кузова авто.

 

 

      По данным североамериканского Агентства по защите окружающей US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряда тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи Tesla с номинальным напряжением 400В DC, ёмкостью 85 кВт·ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет преодолевать наибольшую дистанцию среди подобных электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.

 

   Секрет успеха Tesla Model S – это высокоэффективные цилиндрические литий-ионные батареи высокой энергоёмкости, поставщик базовых элементов известная японская фирма Panasonic.  Вокруг этих батарей ходит немало слухов.

                                             Один из них – это не влезай, убьёт!

   Один из владельцев и энтузиастов Tesla Model S из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S энергоёмкостью 85 кВт·ч, чтобы детально изучить её конструкцию. Кстати, её стоимость, как запчасти, в США составляет 12 000 USD.

   Сверху блок батареи размещено тепло и звука изоляционное покрытие, которое закрывается толстой полиэтиленовой плёнкой. Снимаем это покрытие, в виде ковра и готовимся к разборке. Для работы с батареей необходимо иметь изолированный инструмент и пользоваться резиновой обувью, и резиновыми защитными перчатками.

 

                                                                     

                                            Батарея Tesla. Разбираем!

    Тяговая аккумуляторная батарея Tesla (блок тяговой аккумуляторной батареи) состоит 16 батарейных модулей, каждый  номинальным напряжением 25В (исполнение батарейного блока — IP56). Шестнадцать батарейных модулей соединены последовательно в батарею с номинальным напряжением 400В. Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic (вес одного аккумулятора 46 г), которые соединены по схеме 6s74p (6 элементов последовательно и 74 таких групп параллельно). Всего в тяговой аккумуляторной батарее Tesla – 7104 таких элементов (аккумуляторов). Батарея защищена от окружающей среды посредством использования металлического корпуса с алюминиевой крышкой. На внутренней стороне общей алюминиевой крышки имеются пластиковые накладки, в виде плёнки. Общая алюминиевая крышка крепится винтами с металлическими, и резиновыми прокладками, которые герметизируются, дополнительно силиконовым герметиком.  Блок тяговой аккумуляторной батареи разделен на 14 отсеков, в каждом отсеке размещен батарейный модуль. В каждом отсеке сверху и снизу батарейных модулей размещены листы прессованной слюды. Листы слюды обеспечивают хорошую изоляцию батареи электрическую, и тепловую от корпуса электромобиля. Отдельно спереди батареи под своей крышкой размещены два таких же батарейных модуля. В каждом из 16 батарейных модулей имеется встроенный блок BMU, который соединён с общей системой BMS, которая управляет работой, следит за параметрами, а так же обеспечивает защиту всей аккумуляторной батареи. Общие выводные клеммы (терминал) находится в задней части блока тяговой батареи.

  

 

   До того, как полностью её разобрать, было замерено электрическое напряжение (оно составили около 313,8В), что говорит о том, что батарея разряжена, но находится в рабочем состоянии.

   Батарейные модули отличается высокой плотностью элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic, которые там размещены и точностью подгонки деталей. Весь процесс сборки на заводе Tesla проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов, выдерживается даже определенная температура и влажность.

   Каждый батарейный модуль  состоит из 444 элементов (аккумуляторов), которые по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками  — это литий-ионные цилиндрические аккумуляторы 18650, производства компании Panasonic. Энергоемкость каждого батарейного модуля из таких элементов составляет 5,3 кВт·ч.

   В аккумуляторах 18650 Panasonic положительный электрод — графит, а отрицательный электрод — никель, кобальт и оксид алюминия.

   Тяговая аккумуляторная батарея Tesla весит 540 кг, а её размеры равны 210 см в длину, 150 см в ширину, и 15 см в толщину. Количество энергии (5,3 кВт·ч), вырабатываемой всего одним блоком (из 16 батарейных модулей), равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от 100 портативных компьютеров. К минусу каждого элемента (аккумулятора) в качестве соединителя припаяна проволочка (внешний токовый ограничитель), который при превышении тока (или при коротком замыкании) сгорает и защищает цепь, при этом не работает только группа (из 6 аккумуляторов), в которой был этот элемент, все остальные аккумуляторы продолжают работать.

   Тяговая аккумуляторная батарея Tesla охлаждается и подогревается с помощью жидкостной системы на основе антифриза.

   При сборке своих батарей Тесла применяет элементы (аккумуляторы), произведенные компанией Panasonic в различных странах, таких, как Индия, КНР и Мексика. Финальная доработка и размещение в корпус батарейного отсека, производятся в Соединенных Штатах. Компания Tesla предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции (в том числе и  аккумуляторной батареи) на срок до 8 лет.

  На фото (сверху) элементы — аккумуляторы 18650 Panasonic (завальцовка у элементов со стороны плюса «+»).

  Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.

Благодарим за внимание!

Tesla представила свои аккумуляторы. Они в пять раз больше прежних

На «Дне батарей», который по российскому времени состоялся минувшей ночью, компания Tesla впервые презентовала аккумуляторы собственной разработки. До сих пор автопроизводитель использовал в своих батареях элементы питания от сторонних поставщиков.

Конструкторы «Теслы» остались верны пальчиковому формату литий-ионных аккумуляторов, но сделали новый элемент питания существенно крупнее. Новинка получила индекс 4680, где по традиции первые две цифры означают диаметр цилиндра в миллиметрах, а две вторые – его длину.

Когда впервые появились шпионские фотографии новых элементов питания, мы «на глаз» предположили, что они могли бы называться 50100 и оказались на так уж далеки от истины.

Емкость новых аккумуляторов в пять раз больше, чем у прежних типа 2170. Однако за счет того, что сами такие элементы крупнее, в батарее их помещается меньше, так что запас хода электромобиля при использовании новых аккумуляторов увеличивается не в пять раз (как всем хотелось бы), а только на 16%.

Другим преимуществом новых аккумуляторов является их способность в момент вырабатывать в шесть раз больше энергии, что позволяет использовать более мощные электромоторы. В теории это должно работать и в обратную сторону, позволяя аккумулятору быстрее заряжаться более мощным током.

Наконец, в пересчете на киловатт-час новые аккумуляторы на 14% дешевле прежних. В теории их также будет проще производить, однако глава «Теслы» Илон Маск честно признался, что пока технология производства не готова, но процесс ее создания находится в финальной стадии.

До сих пор главной проблемой на пути увеличения размеров отдельных аккумуляторов было то, что с ростом мощности увеличивается и их термонагруженность: проще говоря, такие элементы питания склонны к перегреву. В Tesla уверяют, что им удалось решить эту проблему за счет отказа от вкладок: тонких металлических пластин, которые выводят электрическую энергию из аккумуляторов к наружным контактам.

На презентации также было объявлено о том, что в будущих моделях Tesla батареи с аккумуляторами 4680 будут частью силовой структуры кузовов машины. Это позволит снизить вес автомобилей и увеличить их безопасность в случае столкновения.

Пилотная линия производства аккумуляторов заработает в течение года. Ее мощность составит 10 гигаватт-часов в год. Для сравнения, совместная с Panasonic Гигафабрика «Теслы» в Неваде сейчас обладает мощностью 54 гигаватт-часа в год. К концу 2022 года производство аккумуляторов 4680 увеличится до 100 гигаватт-часов в год.

Элементы питания

О. Курапов

Взгляните на свой сотовый телефон, КПК или ноутбук: благодаря стремительному технологическому прогрессу широко доступными стали устройства, которые еще лет десять-пятнадцать назад можно было увидеть лишь в фантастических фильмах. Среди этого расцветшего буйным цветом хайтека совершеннейшим анахронизмом представляется обычная батарейка. Подумать только, принципы, лежащие в основе всех современных элементов питания, были открыты даже не в прошлом веке, а гораздо раньше. И с тех пор они претерпели не столь большие изменения, которые в основном заключались в уменьшении размеров и применении более совершенных материалов.

Казалось бы, в мире гигагерц и нанотехнологий такое «старье» должно отойти на задний план. Но с появлением большого количества современных мобильных устройств (плееров, КПК, фото- и видеокамер, ноутбуков etc.) мы наблюдаем обратную тенденцию – аккумуляторы и батарейки стали не менее важной деталью, чем процессоры. Все зависит именно от емкости источника питания. А без него даже самый навороченный гэджет будет абсолютно бесполезен.

Вообще-то солидный возраст технологии – это даже хорошо. За этот срок ученые и исследователи изучили проблему во всех подробностях. Современные «дураселлы» далеко ушли от батарей Вольты двухвековой давности. И теперь производители тратят очень большие деньги на улучшение параметров своих изделий и уменьшение их размеров. А двигателем этого процесса является постоянное стремление производителей электроники к миниатюризации.

Все последние разработки в этой сфере пытаются удовлетворить потребности современной мобильной техники. Дело в том, что они даже работают по-новому, совсем не так, как радиоприемники или фонарики. Всем этим цифровым камерам, карманным компьютерам и CD-MD-MMC-MP3-плеерам необходимы батарейки, которые выдерживают резкие скачки напряжения, возникающие во время включения экранов, раскручивания дисков и выхода устройств из «спячки».

В отличие от компьютерных компаний, свято чтящих закон Мура, у фирм, выпускающих элементы питания, нет иллюзий по поводу ближайшего (и даже не очень) будущего. Предыдущие десятилетия научили их не ждать чудесного появления новых технологий, которые увеличат емкость батарей вдвое. Напротив, надо кропотливо работать, постепенно улучшая имеющиеся. Достаточно сказать, что за десять лет существования литий-полимерных батарей ресурс этой технологии еще исчерпан не полностью, и лучшие умы отрасли продолжают по проценту, по полпроцента увеличивать их удельную емкость.

Батареи прошли долгий путь развития, но им предстоит еще немало послужить людям. Далее мы расскажем вам об истории создания батареек, а также попытаемся понять, что ждет их впереди. Ну а для начала разберемся, как они работают и что у них внутри.

Батареи – это устройства, накапливающие энергию, которую они потом отдают потребляющему эту самую энергию устройству. Впрочем, под такое определение подпадают также маховики или, скажем, часовые пружины. К сожалению, на данный момент на российском рынке заводные модели сотовых телефонов или КПК не представлены совсем, поэтому оставим эту интересную тему до лучших времен. Опустим также рассказ про свинцовые аккумуляторные батареи – несмотря на то, что они имеют огромную емкость, их мобильность (не путайте с автомобильностью) оставляет желать лучшего.

То, что мы обычно подразумеваем под словом «батарея», можно описать следующими словами: изолированная система, в которой протекают химические процессы, в результате которых вырабатывается электрическая энергия.

Появление переносных компьютеров, а также множества других мобильных «штучек» дало новый толчок к развитию технологий автономного питания. Обычные компьютеры питаются от сети, а потому практически не используют батареи. В качестве исключений можно назвать CMOS-батарейку на материнской плате, аккумуляторы устройств бесперебойного питания (UPS), ну и «пальчики», которые вставляются в разного рода беспроводные мыши, клавиатуры и т. п. То ли дело мобильные устройства: тут даже спорить не о чем, трудно назвать хотя бы одно, в котором бы не стояла батарейка (или аккумулятор).

При всем разнообразии форм и размеров устройств, все они используют практически одинаковые элементы питания. То есть, скажем, и мобильный телефон, и ноутбук оснащаются одними и теми же Li-Ion-аккумуляторами, хотя по форме и емкости их сравнивать трудно.

Принципиальная схема всех батарей, производимых для массового потребителя, практически одинакова. Два электрода – катод и анод – изготавливаются из двух разных металлов (строго говоря, они должны иметь различную степень окисления). Пространство между ними заполнено третьим материалом, называемым электролитом. Широкий выбор компонентов позволяет создавать по единой схеме множество типов батарей, имеющих порой диаметрально противоположные свойства, различную удельную емкость (отношение максимального заряда батареи к ее объему) и номинальное напряжение.

История

Принято считать, что основные принципы работы батарей, использующиеся и по сей день, были открыты в конце XVIII века итальянским физиком и естествоиспытателем Алессандро Вольтой (1745-1827). Именно тогда, работая в университете города Павия, он заинтересовался «животным электричеством», открытым несколькими годами ранее его соотечественником Луиджи Гальвани (в его честь электрохимические элементы питания часто называют гальваническими). Вольта доказал, что именно ток, вырабатываемый при контакте двух различных металлов, вызывает наблюдавшееся сокращение мышц в лягушачьих лапках. Этим он опроверг предположение Гальвани о том, что электричество вырабатывается в самих мышцах. Для того, чтобы доказать свою точку зрения, он наполнил соляным раствором две чаши и соединил их металлическими дугами. Один конец этих дуг был медным, а другой цинковым. Они были установлены так, что в каждой чаше было по одному электроду каждого типа. Эта конструкция и стала первой батареей, вырабатывающей электричество за счет химического взаимодействия двух металлов в растворе. В 1800 г. он усовершенствовал ее, создав свой знаменитый «вольтов столб», первый источник постоянного тока. Он представлял собой 20 пар кружочков, изготовленных из двух различных металлов, проложенных кусочками кожи или ткани, смоченными в соляном растворе. В знак признания заслуг итальянского ученого, его именем была названа единица электрического напряжения – вольт.

Электрохимический элемент

На полученные результаты обратили внимание другие экспериментаторы. Они усовершенствовали вольтов столб, создав новые типы батарей. К примеру, в 1836 г. английский химик Джон Дэниелл поместил медные и цинковые электроды в емкость с серной кислотой. Эта батарея получила название «плоскостной элемент» или «элемент Дэниела». Три года спустя другой англичанин, Уильям Р. Гроув, добавил окислитель для предотвращения накопления водорода около катода, что приводило к снижению напряжения на выходе. Были и другие попытки улучшить первоначальную конструкцию, но ни одно из этих примитивных устройств не используется в наши дни.

Первый значительный прорыв был совершен французом Гастоном Плантэ. В 1859 г. он провел интересный опыт, внешне похожий на то, что проделал Вольта. В его гальваническом элементе в качестве электродов использовались свинцовые пластины, а электролитом являлась разбавленная серная кислота. Плантэ подключил к элементам источник постоянного тока и некоторое время заряжал батарею. После этого прибор стал сам вырабатывать электричество, выдавая почти всю энергию, потраченную на зарядку. Причем подзаряжать его можно было много раз. Именно так и появился тот самый свинцовый аккумулятор, который еще долго будет использоваться во всех производимых автомобилях.

Еще один прибор-долгожитель был разработан и запатентован другим французским изобретателем Жоржем Лекланше в 1866 году. Названный в его честь элемент послужил прообразом современных «сухих» батарей, правда, изначально он такому названию не соответствовал. Дело в том, что в варианте, предложенном Лекланше, электролит был жидким. В производимых же сейчас батарейках он заменен на желеобразный для того, чтобы не допустить вытекания содержимого и порчи оборудования, которое эта батарея питает. В остальном же за это время технология почти не изменилась. Как и полтора века назад, сухие элементы представляют собой цинковый стаканчик (анод), в который вставлен графитовый стержень (катод), а внутреннее пространство заполнено электролитом. По такой технологии выпускают самые дешевые и массовые источники питания, которые вставляют в фонарики, плееры, детские игрушки и т. п.

Впрочем, в своем оригинальном «мокром» виде элементы Лекланше не были ни компактными, ни надежными. Поэтому многочисленные рационализаторы многократно пытались улучшить его потребительские качества, например, помещая в герметичную упаковку, не допускающую утечки электролита.

Типы батарей

Большинство современных аккумуляторных батарей – никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные, а также все литиевые – были разработаны уже в 20-ом веке в лабораториях крупных компаний или университетов. Новые химические системы не изобретаются энтузиастами-одиночками, основывающимися на их собственной интуиции. Основные принципы, на которых основано функционирование батарей, уже досконально изучены и описаны точными формулами. Сегодня основные задачи, которые стоят перед разработчиками – это подбор оптимальных компонентов.

Химики различают гальванические элементы двух родов: первого и второго. Разница между ними заключается в том, как производится энергия, которую они вырабатывают.

– это одноразовые батареи, которые производят электроэнергию за счет химических реакций, в результате которых анод, катод и электролит претерпевают необратимые изменения. Это делает перезарядку таких батарей невозможной или очень нерациональной (к примеру, для зарядки некоторых типов батарей придется потратить в десятки раз больше энергии, чем они могут сохранить, а другие виды могут накопить только малую часть своего первоначального заряда). После этого батарею останется только выкинуть в мусорный ящик, откуда, как хотелось бы надеяться, она попадет в переработку (а скорее всего – на свалку).

чаще называют аккумуляторами. Это значит, что они могут заряжаться, если к электродам подключить источник постоянного тока. Химические реакции, протекающие в них, являются обратимыми. Таким образом, батареи второго рода не производят, а лишь сохраняют энергию.

При прочих равных аккумуляторы кажутся лучшим выбором по сравнению с одноразовыми батареями. Используя их, мы не наносим столько вреда окружающей среде, ведь после разрядки их не нужно выбрасывать. Один аккумулятор можно использовать около года, а обычных батареек на этот же срок понадобилось бы штук 100-200, и в каждом элементе содержатся токсичные вещества. Но не все так просто. На деле аккумуляторы имеют несколько серьезных недостатков, которые не позволяют им вытеснить все остальные батареи. В случае срочной необходимости одноразовые батарейки являются лучшим выбором. Они дешевы и всегда готовы к работе. Но для мобильных устройств, используемых регулярно, аккумуляторы продолжают оставаться наиболее выгодным вариантом.

Ни одна батарея не может хранить энергию вечно. Химические вещества внутри реагируют между собой и постепенно разлагаются. В результате снижается заряд батареи. У этой постепенной разрядки есть две основные причины.

Некоторые химические реакции влияют на способность хранить энергию. Через некоторое время батарея потеряет весь свой заряд. Этот промежуток времени, называемый сроком хранения, обычно указывается на ее корпусе. Он зависит от типа и конструкции батарей, но условия хранения также влияют на продолжительность их жизни. Современные литиевые батареи могут храниться более десяти лет, в то же время элементы других типов могут разрядиться за пару недель (к примеру, цинк-воздушные батареи после начала использования). Но даже самые «долгоиграющие» образцы могут прийти в негодность гораздо раньше, если они будут храниться в неблагоприятных условиях. Особенно сильно сказывается влияние высоких температур. Если же их, наоборот, охладить (а некоторые типы даже заморозить), то это часто помогает сохранить их в лучшем виде на время, значительно большее указанного срока годности.

Обратимые химические реакции в аккумуляторах протекают даже тогда, когда они не используются. Этот процесс называется саморазрядкой. Он является обратимым, также как и обычная разрядка. На скорость саморазрядки влияют те же факторы, что и на срок хранения, поэтому она также может сильно отличаться у разных типов батарей: одни теряют до 10% заряда в день, а другие лишь 1%.

Еще один показатель, который важно знать для каждого типа батарей, это удельная емкость. Она определяется как отношение энергии элемента к его массе или объему и выражается в Ватт-часах на единицу массы или объема. Чем выше этот коэффициент, тем больше энергии может храниться в единице веса, и тем более привлекательна она для использования в переносных устройствах. В этой таблице приведены отношения для различных типов аккумуляторов, выраженные в Вт-ч/кг.

Тип	Вольтаж	Уд. емкость
Ni-Cad	1,2	40 – 60
NiMH	1,2	60 – 80
Li-Ion	3,6	90 – 110
Li-Polymer	3,6	130 – 150

Химические системы

Одним из важнейших факторов при разработке батарей (а также любого устройства, питающегося от них) является достижение максимальной удельной емкости для элемента заданного (минимального) размера и веса. Химические реакции, протекающие внутри элемента, определяют и его емкость, и физические размеры. В принципе вся история разработки батарей сводится к нахождению новых химических систем и упаковке их в корпуса как можно меньших размеров.

Сегодня производится множество разных типов элементов питания, некоторые из которых были разработаны еще в 19-ом веке, а другие едва отметили десятилетие. Такое разнообразие объясняется тем, что каждая технология имеет свои сильные стороны. Мы расскажем о самых распространенных из тех, что используются в мобильных устройствах.

Сухие батареи

Первыми серийно выпускаемыми элементами питания стали именно сухие. Наследники изобретения Лекланше, они являются самыми распространенными в мире. Одна лишь компания Energizer продает более 6 миллиардов таких батарей ежегодно. В общем, «говорим – батарейка, подразумеваем – сухой элемент». И это несмотря на то, что они имеют самую низкую удельную емкость из всех «массовых» типов. Объясняется такая популярность, во-первых, их дешевизной, а во-вторых, тем, что этим именем называют сразу три разных химических системы: хлорно-цинковые, щелочные и марганцево-цинковые батареи (элементы Лекланше). Их имена дают представление о химических системах, на базе которых они созданы.

В сухих элементах по оси батарейки расположен угольный стержень токосъемника катода. Сам катод – это целая система, в которую входят диоксид марганца, уголь электрода и электролит. Цинковый «стаканчик» служит анодом и образует металлический корпус элемента. Электролит, в свою очередь, также представляет собой смесь, в которую входят нашатырь, диоксид марганца и хлорид цинка.

Марганцево-цинковые и хлорно-цинковые элементы отличаются, по сути, электролитом. Первые содержат в себе смесь нашатыря и хлорида цинка, разбавленную водой. Во вторых электролит почти на 100% представляет собой хлорид цинка. Различие в номинальном напряжении у них минимально: 1,55 В и 1,6 В соответственно.

Несмотря на то, что хлорно-цинковые имеют большую емкость по сравнению с элементами Лекланше, это преимущество пропадает при малой нагрузке. Поэтому на них часто пишут «heavy-duty», то есть элементы с повышенной мощностью. Как бы то ни было, эффективность всех сухих элементов сильно падает при увеличении нагрузки. Именно поэтому в современные фотоаппараты их ставить не стоит, они просто для этого не предназначены.

Сколько бы не бегали розовые зайчики в рекламе, щелочные батарейки – это все те же угольно-цинковые ископаемые родом из 19-го века. Единственное отличие заключается в специально подобранной смеси электролита, позволяющей добиться увеличения емкости и срока хранения таких батареек. В чем секрет? Эта смесь является несколько более щелочной, чем у двух других типов.

Если химический состав у щелочных батареек мало отличается от оного у элемента Лекланше, то в конструкции различия существенны. Можно сказать, что щелочная батарея – это сухой элемент, вывернутый наизнанку. Внешний корпус у них не является анодом, это просто защитная оболочка. Анодом здесь является желеобразная смесь цинкового порошка вперемешку с электролитом (который в свою очередь является водным раствором гидроксида калия). Катод, смесь угля и диоксида марганца, окружает анод и электролит. Он отделяется слоем нетканого материала, например полиэстера.

В зависимости от области применения щелочные батарейки могут прослужить в 4-5 раз дольше, чем обычные угольно-цинковые. Особенно заметна эта разница при таком режиме использования, когда короткие периоды высокой нагрузки перемежаются длительными периодами бездействия.

Важно помнить, что щелочные батарейки не являются перезаряжаемыми, потому что химические процессы, на которых они основаны, не являются обратимыми. Если ее поставить в зарядное устройство, то она будет вести себя не как аккумулятор, а скорее как резистор – начнет нагреваться. Если ее оттуда вовремя не вынуть, то она нагреется достаточно сильно, чтобы взорваться.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Название подсказывает нам, что батареи этого типа имеют никелевый анод и кадмиевый катод. Никель-кадмиевые аккумуляторы (обозначаются Ni-Cad) пользуются заслуженной популярностью у потребителей во всем мире. Не в последнюю очередь это объясняется тем, что они выдерживают большое количество циклов зарядки-разрядки – 500 и даже 1000 – без существенного ухудшения характеристик. Кроме того они, относительно легкие и энергоемкие (хотя их удельная емкость приблизительно в два раза меньше, чем у щелочных батареек). С другой стороны, они содержат токсичный кадмий, так что с ними надо быть поаккуратнее, как во время использования, так и после, при утилизации.

Напряжение на выходе у большинства батарей падает по мере разрядки, потому что в результате химических реакций увеличивается их внутреннее сопротивление. Никель-кадмиевые батареи характеризуются очень низким внутренним сопротивлением, а потому могут подать на выход достаточно сильный ток, который к тому же практически не изменяется по мере разрядки. Следовательно, напряжение на выходе также остается почти неизменным до тех пор, пока заряд почти совсем не иссякнет. Тогда напряжение на выходе резко падает практически до нуля.

Постоянный уровень выходного напряжения является преимуществом при проектировании электрических схем, но это же делает определение текущего уровня заряда практически невозможным. Из-за такой особенности остаток энергии вычисляется на основе времени работы и известной емкости конкретного типа батарей, а потому является величиной приблизительной.

Гораздо более серьезным недостатком является «эффект памяти». Если такую батарею разрядить не полностью, а потом поставить заряжаться, то их емкость может уменьшиться. Дело в том, что при такой «неправильной» зарядке на аноде образуются кристаллы кадмия. Они и играют роль химической «памяти» батарейки, запоминая этот промежуточный уровень. Когда во время следующей разрядки заряд батареи упадет до этого уровня, выходное напряжение понизится так же, как если бы батарейка была полностью разряжена. «Злопамятные» кристаллы будут продолжать формироваться на аноде, усиливая влияние этого неприятного эффекта. Чтобы избавиться от него, нужно продолжить разрядку после достижения этого промежуточного уровня. Только таким образом можно «стереть» память и восстановить полную емкость батареи.

Этот прием обычно называют глубокой разрядкой. Но глубокая не значит полная, «до нуля». Это лишь укоротит срок службы элемента. Если в процессе использования напряжение на выходе упадет ниже отметки 1 В (при номинальном напряжении 1,2 В), то это уже может привести к порче батарейки. Сложная техника, например КПК или ноутбуки, настроены таким образом, чтобы они отключались прежде чем заряд аккумулятора упадет ниже предельного уровня. Для глубокой разрядки батарей нужно использовать специальные приборы, которые выпускают многие известные фирмы.

Некоторые компании-производители заявляют, что новые никель-кадмиевые аккумуляторы не подвержены влиянию эффекта памяти. Впрочем, на практике это не было доказано.

Что бы там не обещали производители, для достижения максимальной отдачи батареи следует каждый раз полностью заряжать, а потом дожидаться нормальной разрядки, чтобы они не испортились и прослужили весь срок.

Предотвращение электролиза

В результате электролиза внутри никель-кадмиевых аккумуляторов могут накапливаться потенциально взрывоопасные газы: водород и кислород. Чтобы не допустить этого, батареи помещаются в герметичную оболочку. В ней имеются специальные микроклапаны, предназначенные для автоматического стравливания накопившихся газов. Они настолько малы, что заметить их очень сложно. Важно, чтобы эти клапаны не оказались закрыты, поэтому батареи не стоит заворачивать, склеивать или обматывать скотчем.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы

С точки зрения химии идеальным материалом для катода был бы водород. Но в обычных условиях использовать его для этого невозможно. При комнатной температуре и атмосферном давлении он является газом, и его проще использовать для наполнения аэростатов, чем в качестве материала для батарей.

Впрочем, еще в конце 60-х годов XX века ученые открыли ряд сплавов, способных связывать атомарный водород в объеме, в 1000 раз превышающем их собственный. Они получили название гидриды, а химически они обычно представляют соединения таких металлов, как цинк, литий и никель. При грамотном использовании с помощью гидридов можно хранить достаточно водорода, чтобы использовать его в обратимых реакциях внутри аккумуляторов.

Наибольшее распространение получили никель-металл-гидридные (NiMH) батареи, имеющие гидридный катод и никелевый анод.

Использование гидридов имеет несколько преимуществ. Наиболее очевидным является то, что в производстве не используется токсичный кадмий. Отсутствие этого материала также означает, что такие батареи должны быть свободны от эффекта памяти. Кроме того, благодаря использованию водорода в качестве катода, удалось добиться 50-процентного увеличения удельной емкости (по сравнению с никель-кадмиевыми батареями). На практике это значит, что с никель-металл-гидридными аккумуляторами плеер или другое подобное устройство будет работать на 50% дольше.

Но применение водорода приносит не только положительные, но и отрицательные результаты. Главным недостатком является то, что эти батареи существенно сильнее подвержены саморазрядке. Некоторые из них теряют до 5% заряда за день, хотя в последних моделях этот показателей удалось снизить.

График разрядки никель-металл-гидридных аккумуляторов под нагрузкой немного отличается от никель-кадмиевых. По номинальному напряжению они не различаются (все те же 1,2 В). Но если батарея была полностью заряжена, то в течение некоторого времени напряжение на выходе составляет 1,4 В. После этого короткого промежутка оно падает до уровня 1,2 В, и дальше NiMH-батареи ведут себя так же, как и NiCad.

Оба типа вообще имеют достаточно похожие свойства. NiMh-батареи также могут вырабатывать ток большой силы, выдерживают много циклов зарядки/разрядки (обычно около 500). Но все же это две разные технологии.

Если во время разрядки батареи двух этих типов ведут себя почти одинаково, то при зарядке сходства не наблюдается. Говоря конкретно, никель-кадмиевые батареи при зарядке практически не изменяют свою температуру. Никель-металл-гидридные вырабатывают тепло, причем при достижении полного заряда они могут нагреться весьма значительно. Из-за этого для разных батарей нужны разные зарядные устройства. И хотя на рынке присутствуют универсальные приборы, обычно единовременно в них можно заряжать аккумуляторы только одного типа.

Литий-ионные аккумуляторы

Литий является самым химически активным металлом и используется именно в компактных системах, обеспечивающих энергией современную мобильную технику. Литиевые катоды используются практически во всех батареях с большой емкостью. Но благодаря активности этого металла батареи получаются не только очень емкими, они также имеют самое высокое номинальное напряжение. В зависимости от анода литий-содержащие элементы имеют выходное напряжение от 1,5 В до 3,6 В!

Основной проблемой при использовании лития опять-таки является его высокая активность. Он даже может вспыхнуть – что говорить, не самая приятная особенность, когда речь идет о батареях. Из-за этих проблем элементы на базе металлического лития, которые начали появляться еще в 70х-80х годах XX века, «прославились» своей низкой надежностью.

Чтобы избавиться от этих трудностей, производители батарей постарались использовать литий в виде ионов. Таким образом им удалось получить все полезные электрохимические качества, не связываясь с капризной металлической формой.

В литий-ионных элементах ионы лития связаны молекулами других материалов. Типичный Li-Ion-аккумулятор имеет угольный анод и катод из литийкобальтдиоксида. Электролит в своей основе имеет раствор солей лития.

Литиевые батареи имеют большую плотность, нежели никель-металл-гидридные. Скажем, в ноутбуках такие аккумуляторы могут работать в полтора раза дольше никель-металл-гидридных. Кроме того, литий-ионные элементы избавлены от эффектов памяти, которыми страдали ранние никель-кадмиевые батареи.

С другой стороны, внутреннее сопротивление у современных литиевых элементов выше, чем у никель-кадмиевых. Соответственно, они не могут обеспечить такие сильные токи. Если никель-кадмиевые элементы способны расплавить монету, то литиевые на это не способны. Но все равно мощности таких батареек вполне хватит для работы ноутбука, если это не связано со скачкообразными нагрузками (это значит, что некоторые устройства, например, винчестер или CD-ROM, не должны вызывать высоких скачков на предельных режимах – например, при начальной раскрутке или выходе из спящего режима). Более того, даже несмотря на то, что литий-ионные батарейки выдержат не одну сотню подзарядок, они живут меньше, чем те, в которых используется никель.

Из-за того, что в литий-ионных элементах используется жидкий электролит (пусть даже отделенный слоем ткани), по форме они почти всегда являются цилиндром. Хотя такая форма ничуть не хуже форм других элементов, с появлением полимеризованных электролитов литий-ионные батареи становятся компактнее.

Литий-полимерные аккумуляторы

Наиболее продвинутой технологией, используемой сегодня при создании аккумуляторов, является литий-полимерная. Уже сейчас среди производителей как батарей, так и компьютерных устройств наметилась тенденция постепенного перехода к этому типу элементов. Главным преимуществом литий-полимерных батарей является отсутствие жидкого электролита. Нет, это не значит, что ученые нашли способ обходиться совсем без электролита. Анод отделен от катода полимерной перегородкой, композитным материалом, таким, как полиакрилонитрит, который содержит литиевую соль.

Благодаря отсутствию жидких компонентов литий-полимерные элементы могут иметь практически любую форму, в отличие от цилиндрических батарей других типов. Обычными формами упаковки для них являются плоские пластины или бруски. В таком виде они лучше заполняют пространство батарейного отсека. В результате при одинаковой удельной плотности, литий-полимерные батареи оптимальной формы могут хранить на 22% больше энергии, чем аналогичные литий-ионные. Это достигается за счет заполнения «мертвых» объемов в углах отсека, которые остались бы неиспользованными в случае применения цилиндрической батареи.

Кроме этих очевидных преимуществ, литий-полимерные элементы являются экологически безопасными и более легкими за счет отсутствия внешнего металлического корпуса.

Литий-железодисульфидные батареи

В отличие от других литий-содержащих батарей, которые имеют выходное напряжение более 3 В, у литий-железодисульфидных оно в два раза меньше. Кроме того, их нельзя перезаряжать. Эта технология представляет собой некий компромисс, на который разработчики пошли, чтобы обеспечить совместимость литиевых источников питания с техникой, разработанной для использования щелочных батареек.

Химический состав батарей был специальным образом изменен. В них литиевый анод отделен от железодисульфидного катода прослойкой электролита. Этот сэндвич упаковывается в герметичный корпус с микроклапанами для вентиляции, как и никель-кадмиевые батареи.

Этот тип элементов был задуман как конкурент щелочным батарейкам. По сравнению с ними литий-железодисульфидные весят на треть меньше, имеют большую емкость, а, кроме того, еще и хранятся дольше. Даже после десяти лет хранения они сохраняют почти весь свой заряд.

Превосходство над конкурентами проявляется наилучшим образом при большой нагрузке. В случае высоких токов нагрузки литий-железодисульфидные элементы могут работать в 2,5 раза дольше, чем алкалиновые батареи того же размера. Если же на выходе не требуется высокая сила тока, то разница заметна гораздо меньше. К примеру, один из производителей элементов питания заявил следующие характеристики двух типов своих батарей размера AA: при нагрузке 20 мА щелочная батарейка проработает 122 часа против 135 часов у литий-железодисульфидной. Если же нагрузку увеличить до 1А, то продолжительность работы составит 0,8 и 2,1 часа соответственно. Как говорится, результат налицо.

Такие мощные батареи нет смысла ставить в устройства, потребляющие относительно немного энергии в течение длительного времени. Они были специально созданы для использования в фотоаппаратах, мощных фонарях, а в будильник или радиоприемник лучше поставить щелочные батарейки.

Зарядные устройства

Современные устройства для подзарядки – это сложные электронные приборы, оснащенные различными системами защиты – как вашей, так и ваших батареек. В большинстве случаев каждому типа элементов нужно своё собственное зарядное устройство. При неправильном использовании можно испортить не только батарейки, но и сам зарядник.

Существует два режима работы зарядных устройств – с постоянным напряжением и с постоянным током.

Устройства, работающие только с постоянным напряжением, являются самыми простыми. Они всегда подают одно и то же напряжение, но сила тока зависит от уровня заряда батарейки и других факторов. По мере накопления энергии напряжение батареи увеличивается, а значит, уменьшается разница потенциалов зарядного устройства и батареи. В результате сила тока в цепи уменьшается.

Устроены они несложно, все, что нужно – трансформатор (для уменьшения напряжения в сети до нужного уровня) и выпрямитель (для преобразования переменного тока в постоянный). Такими устройствами комплектуются некоторые литий-ионные батареи, правда, в них обычно добавляют системы защиты от перезарядки.

Второй вид зарядных устройств обеспечивает постоянную силу тока и изменяет напряжение для обеспечения требуемой величины тока. Зарядка прекращается, когда напряжение батарейки достигает уровня полного заряда. Обычно такие устройства применяются для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных элементов. Чтобы не испортить батарейку, нужно остановить зарядку после достижения нужного уровня. В зависимости от вида батареи и «навороченности» зарядного устройства для определения необходимого времени подзарядки используются различные технологии.

В самых простых случаях измеряется напряжение, вырабатываемое батарейкой. Система следит за напряжением и разрывает цепь в тот момент, когда оно достигает порогового уровня. Но такой способ подходит далеко не для всех элементов. К примеру, этого никогда не встретишь в зарядных устройствах для никель-кадмиевых аккумуляторов, у которых кривая разряда является практически прямой большую часть времени. Это делает определение порогового напряжения невозможным.

Более сложные зарядные устройства выбирают режим работы, основываясь на измерении температуры элемента. Когда батарея начинает нагреваться, они уменьшают силу тока. Обычно в такие элементы питания встраиваются термометры, которые следят за температурой элемента и передают зарядному устройству соответствующий сигнал.

Наиболее продвинутые устройства используют оба метода сразу. Они начинают с большого тока, а потом, обрабатывая данные с датчиков напряжения и температуры, могут переключиться на малый. Если батарея уже заряжена, то они переходят в режим поддержания заряда. В этом случае батарейка подзаряжается лишь слегка, чтобы компенсировать процесс саморазряда. Ток заряда при этом составляет лишь одну двадцатую, одну тридцатую номинального тока разряда батарейки. Но для этого батарея должна поддерживать режим зарядки малым током (к примеру, никель-кадмиевые так заряжать нельзя). Большинство зарядных устройств для ноутбуков и сотовых телефонов специально разработаны таким образом, что могут постоянно быть подключены к элементам.

Хранение

Если вы хотите, чтобы ваши батареи служили как можно дольше, то о них надо заботиться. С элементами первого рода, то есть с одноразовыми батареями, попроще, их важно лишь правильно хранить, а после использования их все равно выбрасывают. Аккумуляторы, элементы второго рода, требуют больше внимания, потому что их нужно регулярно заряжать.

Все аккумуляторы при перегреве портятся. Причем губительной может стать даже зарядка, если ее во время не остановить. Ничего страшного нет в том, что ваш аккумулятор слегка нагревается, когда он подключен к зарядному устройству. Но при излишней зарядке температура поднимается значительно, батарея становится горячей, а это верный знак того, что больше ее зарядить не удастся.

Аккумулятор также может прийти в негодность, если его полностью разрядить. Это может быть вызвано коротким замыканием. Кстати, интересный факт: некоторые батареи после разрядки ниже рекомендуемого уровня могут поменять полярность! В общем, если ваш ноутбук предупреждает вас о том, что его батареи почти полностью разряжены, не пытайтесь продолжить работу – дороже выйдет.

Большинство перезаряжаемых батарей лучше хранятся в разряженном состоянии. Особенно это относится к никель-кадмиевым элементам. Поэтому те батареи, которые долго лежат на складе, обычно продаются незаряженными.

Устройства

Большая часть устройств предполагает использование батарей одного из стандартных размеров, например, AA, AAA и тому подобное. Поэтому у покупателей есть выбор, элементы какого типа предпочесть.

Надпись»Heavy-duty» (высокая нагрузка), которую можно увидеть на некоторых угольно-цинковых батарейках – не просто рекламный ход. Это означает, что они предназначены для использования в устройствах, нуждающихся в токе большой силы. Пример таких устройств – фонари, электромоторы и все приборы, в которых они применяются, например детские игрушки. Там эти батареи прослужат гораздо дольше, чем обычные. Если же прибор потребляет мало электроэнергии, то преимущество почти будет почти незаметно.

Разные литий-содержащие батарейки сильно отличаются друг от друга в том, что касается области применения. Литий-железодисульфидные являются рекордсменами при работе с большими нагрузками. Другие типы, например литиевые часовые батарейки, применяются там, где нагрузки, наоборот, не велики. Литий-ионные и литий-полимерные находятся где-то посередине, а потому являются наиболее универсальными.

Там, где могут быть использованы и аккумуляторы, и одноразовые батарейки, предпочтительнее обычно оказываются первые. Но в некоторых случаях их преимущества бывают не востребованы. Возьмем, к примеру, пульт дистанционного управления, который потребляет очень мало энергии, но используется постоянно и на протяжении длительного времени. Обычные батарейки могут прослужить в нем несколько лет, а аккумуляторы вообще столько не живут, к тому же на таких длительных промежутках времени дает о себе знать гораздо более высокая скорость саморазрядки этих элементов. На другом полюсе находятся устройства, которые используются редко, но должны быть всегда готовы к работе в случае необходимости. В них тоже лучше поставить что-нибудь одноразовое, но «долгоиграющее». В общем, принцип понятен – нет самой лучшей батареи или аккумулятора, для каждого конкретного применения что-то будет хорошо, а что-то плохо.

Напоследок повторим несколько важных правил:

• Если какой-то металлический предмет закоротит контакты батареи, то она начнет нагреваться. Это может вызвать порчу вашего имущества и даже пожар.
• Большинство аккумуляторов вырабатывает водород в процессе электролиза, вызванного перезарядкой. Герметизация корпусов современных батарей значительно уменьшает риск утечек и возгорания газа, но полной гарантии никто дать не может, потому что встроенные клапаны периодически выпускают излишки скопившегося водорода.
• Гораздо большую опасность несет газ, который не может покинуть корпус. Если по какой-то причине автоматические клапаны оказались заблокированы, при повышении температуры давлении внутри может вырасти настолько, что батарея взорвется. Поэтому корпус аккумуляторов никогда не должен заклеиваться, запаиваться в пластик и тому подобное.
• Почти все батареи содержат опасные химические соединения: токсичные, ядовитые, легковоспламеняющиеся – это зависит от технологии. Поэтому важно, чтобы они были правильно утилизированы после использования. Понятное дело, что все равно все это окажется на ближайшей свалке, но уж лучше пусть они лежат где-нибудь далеко, чем валяются на улице.

Статья опубликована на сайте HPC.RU.
Перепечатывается с разрешения редакции.

Аккумуляторы Nitecore для фонариков — nitecore-russia.ru

Для работы каждого из фонарей потребуются те или иные элементы питания. Это могут быть как батарейки, так и аккумуляторы и выбор конкретного варианта зависит от пожеланий владельца фонаря. Однако как и любые другие товары, элементы питания могут быть качественными или же не очень. Поэтому рекомендуется покупать только те из них, в работоспособности которых вы уверены. Например, хороший рабочий ресурс закладывается в фирменные элементы питания Nitecore.

Этот бренд выпускает элементы питания для всех своих фонарей, которых в ассортименте компании — немало. Поэтому приобрести можно как одноразовые батарейки, так и многократно заряжаемые аккумуляторы стандартных размеров, а также элементы питания, созданные индивидуально для тех или иных моделей фонарей. Каждый из таких элементов питания представляет собою качественный продукт с большим емкостным ресурсом и всеми необходимыми элементами защиты, чтобы фонарь мог работать с ним как можно дольше. В том числе, аккумуляторы защищены от обратной полярности, которая может возникнуть в результате неправильной установки. Они не разряжаются ниже установленного минимального уровня, а во время зарядки защищены от переизбытка энергии. Литий-ионные модели могут прослужить более 500 циклов, практически не утратив за это время своей изначальной емкости.

Одной из самых многочисленных групп являются аккумуляторы размера 18650. На них работают многие модели ярких светодиодных фонарей, предназначенных для туризма и профессионального использования. Это литий-ионные перезаряжаемые элементы питания, емкость которых достигает 3500 мАч в зависимости от выбранной модели.

Обычно фонари, которые работают на аккумуляторах 18650, в состоянии поддерживать также батарейки CR123A или аналогичные по размеру батарейки CR123A, аккумуляторы RCR123A/16340. Однако в этом случае пользователь должен внимательно ознакомиться с тем, какое напряжение допустимо для его модели фонаря, поскольку при одинаковом размере корпуса, оно для данных элементов питания не одинаковое.

Помимо прочего, Nitecore производит высокоемкостные аккумуляторы для камер Go-pro, совместимые с моделями Hero3 и Hero3+ , а также Hero4. В ассортименте есть сменные аккумуляторные блоки для фонарей серии TM (Tiny Monster), которые включают в себя сразу несколько стандартных элементов питания 18650. Например, модель NBP52 содержит их сразу восемь, располагая общей емкостью 18400 мАч. Зарядить такой блок можно как в корпусе фонаря, так и отдельно.

Рекомендуем также обратить внимание на новые аккумуляторы IMR, созданные по наиболее современной технологии с использованием литий-марганцевого электролита. Они являются более безопасными, нежели литий-ионные аналоги, имеют высокую удельную емкость и не оказывают токсического воздействия на окружающую среду.

Модуль Аккумуляторы и топливные элементы – обзор выпуска COMSOL® 5.4

Модуль Аккумуляторы и топливные элементы

Для пользователей модуля Аккумуляторы и топливные элементы в пакете COMSOL Multiphysics^® версии 5.4 предлагается новый физический интерфейс Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора), а также описание механических напряжений и деформаций в электродных частицах и множественного переноса ионов в ионообменных мембранах. Подробнее об этих функциях для аккумуляторов и топливных элементов читайте ниже.

Новый интерфейс Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора)

Новый интерфейс Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора) используется для создания модели аккумулятора на основе небольшого набора сосредоточенных параметров, не требующих знания материала, внутренней структуры или конструкции электродов аккумулятора. Модели, построенные с помощью интерфейса Lumped Battery (Сосредоточенная модель аккумулятора), обычно могут использоваться для контроля состояния заряда (SOC) и отклика напряжения аккумулятора во время рабочего цикла. Интерфейс задает источник тепла в аккумуляторе, который может быть связан с интерфейсом теплопередачи для моделирования охлаждения батареи и управления температурой. Интерфейс также включает опцию Capacity Fade (Снижение емкости).

Работа интерфейса демонстрируется в следующих моделях:

Расчет напряжения, выполненный интерфейсом Lumped Battery (Сосредоточенный аккумулятор) во время динамического рабочего цикла.

Расчет напряжения, выполненный интерфейсом Lumped Battery (Сосредоточенный аккумулятор) во время динамического рабочего цикла.

Напряжение и деформация в электродах

Новый раздел Stress и Strain (Напряжение и деформация) узла Particle Intercalation (Интеркаляция частиц) в интерфейсе Lithium-Ion Battery (Литий-ионный аккумулятор) позволяет моделировать напряжения и деформации, возникающие в электродных частицах из-за интеркаляции лития. Напряжение в частицах особо важно при моделировании старения и моделирования снижения емкости, поскольку напряжение может привести к растрескиванию частиц, что, в свою очередь, может привести к потере активного материала электрода или к потере емкости вследствие ускоренного образования пограничного слоя «электрод — электролит» (SEI). Эта опция демонстрируется в новой учебной модели Equivalent Circuit Model of a NiMH Battery.

Анализ полученного поверхностного напряжения на частицах электрода в литий-ионном аккумуляторе на этапе постоянной нагрузки с последующей релаксацией. Анализ полученного поверхностного напряжения на частицах электрода в литий-ионном аккумуляторе на этапе постоянной нагрузки с последующей релаксацией.

Моделирование эквивалентной схемы аккумуляторов

Для задания модели аккумулятора, построенной из произвольного числа электротехнических элементов, используйте новую опцию Battery Equivalent Circuit (Эквивалентная схема аккумулятора) в Мастере создания моделей. Эта опция добавляет к модели интерфейс Electrical Circuit (Электрическая цепь), который теперь доступен в модуле Аккумуляторы и топливные элементы вместе с рядом заранее заданных электротехнических элементов. В частности, доступен новый элемент схемы Battery Open Circuit Voltage (Напряжение разомкнутой цепи аккумулятора), который добавляет источник напряжения, зависящий от состояния заряда. Пользователь может добавить дополнительные элементы схемы, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Модели, созданные с помощью опции Battery Equivalent Circuit (Эквивалентная схема аккумулятора), обычно могут использоваться для грубого моделирования состояния заряда и отклика напряжения батареи во время рабочего цикла. Эта функция демонстрируется в новой учебной модели Equivalent Circuit Model of a NiMH Battery. (Эквивалентная схема никель-металлгидридного аккумулятора).

Эквивалентная схема, используемая в новой учебной модели никель-металлгидридного аккумулятора. Эквивалентная схема, используемая в новой учебной модели никель-металлгидридного аккумулятора.

Улучшенные сборки и решатели для интерфейсов аккумуляторов

Новая настройка сборки Reuse sparsity pattern (Использовать шаблон разреженности) была включена в последовательности решателей по умолчанию в интерфейсах аккумулятора, а прямой решатель по умолчанию был изменен на PARDISO. Новые настройки обычно сокращают время вычислений примерно на 10%.

Многократный ионный перенос в ионообменных мембранах

Новый узел области Ion-Exchange Membrane (Ионообменная мембрана) интерфейса Tertiary Current Distribution (Третичное распределение тока) автоматически назначает постоянный неподвижный заряд для области и задает соответствующие граничные условия Доннана соседним областям. С помощью данного узла задается ионный перенос нескольких ионов в ионообменной области и граничные условия Доннана для нескольких ионов. Узел Ion-Exchange Membrane Boundary (Граница ионообменной мембраны) поддерживает множественный перенос ионов. Это усовершенствование позволит расширить возможности для моделирования электродиализа и проточных батарей. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с соответствующей статьей в блоге: Как моделировать ионообменные мембраны и потенциалы Доннана. Использование данной функции демонстрируется в модели Vanadium Redox Flow Battery (Ванадиевая проточная батарея).

Концентрации иона натрия и хлорид-иона в ячейке электродиализа. Оба иона присутствуют в областях катионо- и анионообменной мембран. Концентрации иона натрия и хлорид-иона в ячейке электродиализа. Оба иона присутствуют в областях катионо- и анионообменной мембран.

Новые учебные модели

В пакете COMSOL Multiphysics^® версии 5.4 предлагается несколько новых учебных моделей.

Использование электродов в большой пакетной ячейке литий-ионного аккумулятора

Коэффициент использования больших пакетных ячеек на момент начала разряда.

Поиск в Библиотеке приложений:
pouch_cell_utilization

Скачать из Галереи приложений

Эквивалентная схема для никель-металлгидридного аккумулятора

Эквивалентная схема, используемая в новой учебной модели никель-металлгидридного аккумулятора.

Поиск в Библиотеке приложений:
nimh_equivalent_circuit_battery

Скачать из Галереи приложений

Напряжение, вызванное диффузией, в литий-ионном аккумуляторе

Анализ полученного поверхностного напряжения на частицах электрода в литий-ионном аккумуляторе на этапе постоянной нагрузки с последующей релаксацией.

Поиск в Библиотеке приложений:
diffusion_induced_stress

Скачать из Галереи приложений

какие аккумуляторы использует Porsche Taycan?

1. Вся информация, представленная в базе данных Porsche Новости, включая, но не ограничиваясь, тексты, изображения, аудио и видео документы, охраняется авторскими правами или другими законодательными актами, защищающими интеллектуальную собственность. Данная информация предоставляется в пользование журналистам в качестве источника для их собственных публикаций в СМИ и не предназначена для коммерческого использования, в частности в рекламных целях. Передача текстов, изображений, аудио- и видео- материалов неавторизованным третьим лицам запрещена.

2. Все логотипы и товарные знаки, упомянутые в базе данных Porsche Новости, являются собственностью Др. Инж. х.с. Ф. Порше Акционерное Общество (далее Porsche AG), за исключением случаев, когда указано иное. 

3. Все содержимое базы данных Porsche Новости тщательно составлено и обработано. Тем не менее, информация может содержать расхождения и неточности. Porsche AG не несет ответственности за результаты, полученные в ходе использования предоставленной информации, в частности, касаемо точности, актуальности и полноты.

4. База данных Porsche Новости предоставляет информацию, связанную с транспортными средствами и относящуюся к рынку Германии. Все утверждения о стандартном оборудовании, юридических и налоговых нормах и последствиях действительны только для Федеративной Республики Германии.

5. При использовании базы данных Porsche Новости не могут быть исключены такие технические ошибки, как задержка передачи новостных данных. Porsche AG не несет ответственности за какой-либо причиненный этим ущерб.

6. Так как база данных Porsche Новости предоставляет ссылки на сторонние интернет — ресурсы, Porsche AG не несет ответственности за содержимое сайтов, на которые предоставлена ссылка. Используя такие ссылки, пользователь покидает информационные продукты Porsche AG.

7. Соглашаясь с изложенными условиями и положениями, пользователь обязан воздерживаться от неправомерного использования базы данных Porsche Новости.

8. В случае неправомерного использования, Porsche AG оставляет за собой право заблокировать доступ к базе данных Porsche Новости.

9. Если одно или несколько положений настоящих положений утратят силу, это не повлияет на юридическую силу остальных положений.

Аккумулятор 18650 — литий-ионные аккумуляторы

Что такое аккумулятор 18650?

Батарея 18650 представляет собой литий-ионный элемент, классифицируемый по размеру 18 мм x 65 мм, что немного больше, чем батарея AA. Они часто используются в фонариках, ноутбуках и устройствах с высоким энергопотреблением из-за их превосходной емкости и скорости разряда. 18650 бывают как в плоском, так и в кнопочном стиле и обычно имеют 300-500 циклов зарядки. Вы можете узнать больше об аккумуляторах 18650 здесь.

На сколько хватает заряда аккумулятора 18650?

Большинство аккумуляторов 18650 работают от 300 до 500 циклов зарядки, но срок службы аккумуляторов может быть значительно увеличен, если заряжать их регулярно до полной разрядки.Все батареи со временем разлагаются, но часто срок службы 18650 составляет год или два, в зависимости от того, как вы используете.

Какая самая лучшая батарея 18650?

Выбор лучшей батареи 18650 зависит от потребностей устройства, в котором вы ее используете. Вам следует выбрать батарею 18650, которая немного превышает минимальные требования к разряду вашего устройства, а затем сосредоточиться на емкости заряда. Мы рекомендуем Panasonic NCR18650B для фонарей и Samsung 25R для устройств с высоким энергопотреблением.

Что такое незащищенные 18650 и безопасны ли они?

В состав большинства батарей входят платы защиты (PCB) для контроля скорости разряда батарей и внутренней температуры.Незащищенные элементы часто используются опытными пользователями, которые создают аккумуляторные блоки или используют 18650 для электронных сигарет и электронных сигарет, которые часто требуют более высоких скоростей разряда, чем позволяют схемы защиты.

Все наши незащищенные литиевые элементы имеют предупреждение о неправильном использовании, и мы рекомендуем вам прочитать его перед покупкой незащищенного элемента.

Почему предпочтение отдается литию щелочной химии?

Литиевые батареи

— отличный вариант для современной электроники высокого класса, поскольку эти элементы обычно имеют более высокую емкость, чем их щелочные аналоги.Хотя перезаряжаемые батареи, как правило, стоят немного дороже, чем стандартные щелочные батареи, эти затраты преобладают, потому что вам не нужно заменять перезаряжаемые батареи почти так же часто, как щелочные элементы.

Конечно, эти первоначальные затраты ниже, если вы покупаете аккумуляторные батареи в Battery Junction. Наша подборка аккумуляторных батарей 18650 от брендов Titanium Innovations, Samsung, LG и Nitecore, как правило, по цене значительно ниже розничной и может быть даже дешевле при покупке оптом.

У нас есть аккумуляторные батареи любого размера, которые вам нужны, включая защищенные и незащищенные элементы. Защищенные элементы имеют запатентованную внутреннюю защиту печатной платы от пониженного и перенапряжения. Эти защищенные ячейки лучше всего использовать в приложениях с одной ячейкой, потому что защита основана на правильном напряжении отдельной ячейки.

Если вы попытаетесь связать защищенные элементы в виде аккумуляторной батареи, это приведет к нарушению цели защиты. Battery Junction также имеет в наличии аккумуляторные батареи, которые не имеют защиты печатной платы, и эти батареи идеально подходят для сборки батарей.Суть в том, что если вы любитель автомобилей или самолетов с дистанционным управлением и нуждаетесь в батареях для создания аккумуляторных блоков для этих устройств, или если у вас есть высококачественный фонарик Nitecore или Fenix, который вам нужен для питания, Battery Junction — ваш лучший выбор. источник высококачественных аккумуляторных батарей по очень разумным ценам с быстрой доставкой большинства товаров.

Активная балансировка аккумуляторных ячеек | Analog Devices

При пассивной и активной балансировке ячеек каждая ячейка в батарейном стеке контролируется для поддержания работоспособного состояния заряда батареи (SoC).Это продлевает срок службы батареи и обеспечивает дополнительный уровень защиты, предотвращая повреждение элемента батареи из-за глубокого разряда или чрезмерного заряда. Пассивная балансировка приводит к тому, что все аккумуляторные элементы имеют одинаковую SoC, просто рассеивая избыточный заряд в спускном резисторе; однако это не увеличивает время работы системы (см. блог «Балансировка ячеек пассивной батареи»). Активная балансировка ячеек — это более сложный метод балансировки, который перераспределяет заряд между аккумуляторными элементами во время циклов зарядки и разрядки, тем самым увеличивая время работы системы за счет увеличения общего полезного заряда в аккумуляторной батарее, уменьшения времени зарядки по сравнению с пассивной балансировкой и уменьшения выделяемого тепла. при балансировке.

Активная балансировка ячеек во время разряда

На приведенной ниже диаграмме представлен типичный аккумуляторный блок, в котором все элементы работают на полную мощность. В этом примере полная емкость отображается как 90% заряда, потому что поддержание батареи на уровне 100% емкости или около нее в течение длительных периодов времени сокращает срок службы батареи быстрее. 30% представляют собой полностью разряженные, чтобы предотвратить глубокую разрядку ячеек.

Рисунок 1. Полная мощность.

Со временем некоторые элементы станут слабее других, что приведет к профилю разряда, представленному на рисунке ниже.

Рисунок 2. Несовпадающий разряд.

Видно, что даже несмотря на то, что в некоторых батареях может оставаться довольно много емкости, слабые батареи ограничивают время работы системы. Несоответствие батареи 5% приводит к неиспользованию 5% емкости. С большими батареями это может быть чрезмерное количество энергии, которое не используется. Это становится критически важным в удаленных системах и системах, к которым трудно получить доступ, поскольку это приводит к увеличению количества циклов заряда и разряда батареи, что сокращает срок службы батареи, что приводит к более высоким затратам, связанным с более частой заменой батареи.

При активной балансировке заряд перераспределяется от более сильных элементов к более слабым, что приводит к полностью разряженному профилю батареи.

Рисунок 3. Полное истощение при активной балансировке.

Активная балансировка ячеек во время зарядки

При зарядке батарейного блока без балансировки слабые элементы достигают полной емкости раньше, чем более сильные батареи. Опять же, ограничивающим фактором являются слабые клетки; в этом случае они ограничивают общий объем заряда, который может удерживать наша система.На приведенной ниже диаграмме показана зарядка с этим ограничением.

Рисунок 4. Зарядка без балансировки.

При активном балансировочном перераспределении заряда во время цикла зарядки стек может достичь своей полной емкости. Обратите внимание, что такие факторы, как процент времени, отведенного для балансировки, и влияние выбранного тока балансировки на время балансировки здесь не обсуждаются, но являются важными соображениями.

Активные балансировщики ячеек

Analog Devices Inc.имеет семейство активных балансировщиков ячеек, каждое из которых соответствует различным системным требованиям. LT8584 — это монолитный обратноходовой преобразователь тока разряда 2,5 А, используемый вместе с семейством мультихимических мониторов аккумуляторных элементов LTC680x; Заряд может быть перераспределен от одного элемента к верху аккумуляторной батареи или к другой аккумуляторной ячейке или комбинации ячеек в стопке. На каждую ячейку батареи используется один LT8584.

Рис. 5. 12-элементный аккумуляторный модуль с активной балансировкой.

LTC3300 — это автономный двунаправленный контроллер обратного хода для литиевых и LiFePO4 батарей, обеспечивающий до 10 А уравновешивающего тока; поскольку он двунаправленный, заряд от любой выбранной ячейки может передаваться с высокой эффективностью к 12 или более соседним ячейкам или от них. Один LTC3300 может сбалансировать до шести ячеек.

Рисунок 6. Высокоэффективная двунаправленная балансировка.

LTC3305 — это автономный стабилизатор свинцово-кислотных аккумуляторов, вмещающий до четырех ячеек; он использует пятую аккумуляторную батарею (AUX) и постоянно размещает ее параллельно с каждой из других батарей (по одной за раз), чтобы сбалансировать все элементы батареи (свинцово-кислотные батареи прочные и могут справиться с этим).

Рисунок 7. Балансир с четырьмя батареями с запрограммированными фронтами высокого и низкого напряжения батареи.

Вкратце

Как активная, так и пассивная балансировка ячеек — эффективный способ улучшить работоспособность системы путем мониторинга и согласования SoC каждой ячейки. Активная балансировка ячеек перераспределяет заряд во время цикла зарядки и разрядки, в отличие от пассивной балансировки ячеек, которая просто рассеивает заряд во время цикла зарядки. Таким образом, активная балансировка ячеек увеличивает время работы системы и может повысить эффективность зарядки.Активная балансировка требует более сложного решения, занимающего большую площадь; пассивная балансировка более рентабельна. Независимо от того, какой метод лучше всего подходит для вашего приложения, Analog Devices Inc. предлагает решения как для интегрированных в наши ИС управления батареями (например, LTC6803 и LTC6804), так и для дополнительных устройств, которые работают вместе с этими ИС, чтобы обеспечить точную и надежную систему управления батареями. .

Литиевые батареи — Промышленные устройства и решения

Если у вас есть вопросы, посетите нашу страницу часто задаваемых вопросов.

Если ваши вопросы не решены, свяжитесь с нами.

Hayabusa2

Исследователь астероидов Hayabusa2 был запущен 3 декабря 2014 года.

Цилиндрические литиевые батареи серии

Panasonic BR были установлены в Hayabusa2 из-за длительного срока службы, высокой надежности и безопасности.

До тех пор, пока капсула Хаябуса-2 не вернется на Землю в декабре.6 февраля 2020 года цилиндрические литиевые батареи серии BR Panasonic поддерживали различные миссии на космическом корабле.

Как аккумуляторы Panasonic поддерживают миссии

1．Сила для малой ручной клади (SCI), способной взорвать кратор на астероиде	2．Питание для развертываемой камеры для съемки взрыва SCI
Миссия успешно завершена в апреле 2019 года! BR-A	Миссия успешно завершена в апреле 2019 года! BR-A
3．Питание прибора полетных данных, помогающее при входе в атмосферу	4．Сила для маяка для извлечения капсулы при возвращении на Землю
Миссия успешно завершена в декабре., 2020! BR-1 / 2AA	Миссия успешно завершена в декабре 2020 года! BR-C, BR-A

В начало

Характеристики

1. Широкий ассортимент

Panasonic предлагает широкий ассортимент литиевых батарей, отвечающих вашим запросам, например, основной аккумулятор для небольших устройств, резервный аккумулятор для чрезвычайных ситуаций и т. Д.

2. Высокое качество, основанное на многолетнем производстве

Более 40 лет опыта технических разработок и производства.

3. Превосходная долговечность в тяжелых условиях

Превосходные характеристики в широком диапазоне температур.

Долговременная надежность подходит для наружных устройств (например, счетчиков), которые трудно обслуживать в течение длительного времени.

В начало

Секторы рынка

Литиевые батареи

используются в различных отраслях промышленности.Например, автомобильная промышленность, которая обеспечивает безопасное вождение, отрасль инфраструктуры, которая поддерживает повседневную жизнь, и устройства Интернета вещей, которые используют сети следующего поколения, такие как 5G / LPWA.

В начало

Приложения

В автомобильной промышленности литиевые батареи в основном используются в качестве резервных батарей для автомобильных электрических компонентов, таких как дистанционный вход без ключа, TPMS и eCall.

В инфраструктурной отрасли аккумуляторы используются в качестве основных или вспомогательных аккумуляторов для таких устройств, как счетчики газа и воды, AED и пожарная сигнализация.Некоторые батареи используются в качестве резервной памяти в производственных машинах.

Наружная техника, такая как строительная техника, сельскохозяйственная техника и датчики уровня воды, оснащены беспроводными сетевыми коммуникациями (например, LPWA). Эти машины часто используются там, где замена аккумуляторной батареи затруднена. Поэтому в этих машинах используются аккумуляторные батареи с длительным сроком службы.

В начало

Модельный ряд

Panasonic предлагает широкий выбор аккумуляторов для удовлетворения ваших запросов, вы можете выбрать подходящие аккумуляторы в зависимости от области применения.

В начало

О типах терминалов вкладок

Panasonic предлагает различные формы клемм с выступами для удовлетворения ваших требований.

Обратите внимание, что это будет индивидуальное решение, если вам понадобится другой терминал с вкладками, который не отображается на веб-сайте.

Артикул ：

Чтобы найти терминал табуляции по форме табуляции ⇒ Выравнивание типов терминалов табуляции (по форме)

Чтобы найти клемму с выступом по элементу батареи ⇒ Выравнивание типов клемм с выступом (по ячейкам)

В начало

Скачать

В начало

CUSTOMCELLS — Высокотемпературные литий-ионные аккумуляторные батареи

Новые литий-ионные аккумуляторы соответствуют высочайшим стандартам безопасности при температурах до 150 ° C.Даже в экстремальных условиях эксплуатации, например, при глубоком геологическом бурении, они надежно снабжают энергией датчики и могут заряжаться на месте. Батареи доступны для множества других применений. Обычные литий-ионные аккумуляторные элементы гарантируют безопасное использование и приемлемый срок службы только в ограниченном диапазоне температур (обычно от 0 ° C до 40 ° C, максимум 60 ° C). Другие системы хранения энергии, такие как литий-металлические батареи, допускают более высокие температуры применения, например, при глубоком бурении, но в то же время имеют высокий потенциал риска и не подлежат перезарядке.При эксплуатации так называемых устройств MWD (Измерение во время бурения), в которых измерительное оборудование интегрировано в бурильную колонну за буровой установкой, используемые датчики должны получать энергию. Это осуществляется генератором в буровой головке, который приводится в действие буровым раствором, но не обеспечивает одинаковой мощности во всем. Следовательно, батареи, которые могут выдерживать экстремальные условия, необходимы в качестве энергетического буфера.

Продукт и его инновации

Стимулированы потребностью в оборудовании MWD для измерения скважин, Custom Cells Itzehoe GmbH, Институтом кремниевых технологий Фраунгофера (ISIT) и канадской компанией Evolution Engineering Inc.поставили перед собой цель разработать особо безопасные литий-ионные аккумуляторы, которые можно разряжать и заряжать при высоких температурах. Это избавило бы от необходимости менять батареи, которые ранее были необходимы для бурения. В рамках проекта сотрудничества ZIM компания ISIT разработала концепцию литий-ионных элементов с пониженным магнитным полем, в то время как Custom Cells Itzehoe сконцентрировалась на разработке жаропрочных аккумуляторных элементов на основе нового химического состава литий-ионных элементов с новым материалом. комбинации.Канадский партнер Evolution Engineering Inc. отвечал за сборку элементов в аккумуляторные батареи, адаптацию системы управления батареями и проведение полевых испытаний.

Рынок и клиенты

В результате разработки и производства первой серии образцов CUSTOMCELLS® предлагает настраиваемые литий-ионные аккумуляторные элементы, которые можно надежно заряжать и разряжать в диапазоне температур от 0 ° C. C до 150 ° C, обеспечивают высокую степень защиты от проникновения тепла и возгорания металла и могут использоваться с длительным сроком службы даже в суровых условиях окружающей среды.Рыночный потенциал высокотемпературных литий-ионных аккумуляторов велик. В дополнение к уже существующему использованию в измерениях в скважинах существует множество других возможных приложений. Они подходят в качестве поставщиков энергии, например, для беспроводного энергоснабжения медицинских технологических устройств, которые подвергаются горячей стерилизации, для мониторинга важных для безопасности или особо опасных зон, где могут возникать высокие температуры окружающей среды, или в качестве систем резервирования энергии для приводов в критические для безопасности зоны, где в случае бедствия возникают высокие температуры.

Насколько «прорывом» является аккумуляторная батарея Tesla Tabless?

На недавнем мероприятии Tesla Battery Day компания объявила о том, что Илон Маск назвал «массовым прорывом» в цилиндрических элементах. Чтобы оценить обоснованность этого утверждения, важно сначала понять недостатки традиционного цилиндрического литий-ионного элемента.

Цилиндрический литий-ионный элемент использует несколько различных слоев химических соединений для хранения энергии. Как показано ниже, листовые аноды, сепараторы и катоды зажаты, свернуты и упакованы в емкости цилиндрической формы.Каждый из катодного и анодного электродов использует небольшие металлические компоненты, называемые «язычками», для подключения к положительным и отрицательным клеммам аккумуляторной банки.

Внутренняя архитектура обычного аккумуляторного элемента. Изображение предоставлено Питером Миллером

Маленькие литий-ионные аккумуляторы обладают высокой мощностью и плотностью энергии. С более крупными батареями, которые необходимы для электромобилей, нам нужны анодные и катодные листы большего размера. Это создает несколько проблем.В этой статье мы рассмотрим эти проблемы и то, как новая батарея Tesla решает эти проблемы.

Одной пары вкладок может быть недостаточно

Несколько явлений мешают нам достичь потенциальных характеристик, которые могут предложить большие анодные и катодные электроды. Это связано с тем, что с более крупными анодными и катодными электродами электроны должны проходить большее расстояние, как показано ниже.

Необмотанные анодные и катодные электроды и путь, по которому должны двигаться электроны, если используется только одна пара язычков.Изображение предоставлено Wei Zhao et al.

Омическое сопротивление тракта приводит к потере мощности и, как следствие, к внутреннему нагреву батареи.

Кроме того, ток выбирает путь с наименьшим сопротивлением в электродной плоскости, и, следовательно, распределение тока не является равномерным. Неравномерное распределение тока приводит к неравномерному использованию активных материалов, покрывающих электроды.

Другими словами, с более крупными элементами батареи используется большее количество активных материалов, но среднее использование этих материалов меньше, чем в меньшем элементе.Чтобы решить эту проблему, мы можем использовать несколько пар выступов вдоль электродов, как показано ниже.

Изображение ячейки с несколькими парами вкладок. Изображение предоставлено Wei Zhao et al.

Это делит площадь электрода на более мелкие области, увеличивая среднее использование активных материалов и сокращая путь, пройденный электронами.

Вкладки представляют собой несколько проблем

Выступы — это металлические детали, приваренные к электродам.Изготовление вкладок является сложной задачей и может повлиять на надежность и производительность батареи. Например, сварочные заусенцы могут проникнуть в разделительный слой между положительным и отрицательным электродами и вызвать внутреннее короткое замыкание.

Интересно, что сканирование с помощью рентгеновской компьютерной томографии (КТ) можно использовать для оценки таких производственных дефектов. КТ-сканирование батареи со сварочным заусенцем показано ниже.

Изображение заусенца на текущем выступе сбора.Изображение любезно предоставлено X. Yao et al.

Такие производственные дефекты могут привести к возгоранию и взрыву аккумуляторных батарей.

Кроме того, первостепенное значение имеет правильное расположение вкладок. Ток заряда и разряда протекает через вкладки и значительно увеличивает температуру области вокруг вкладки до уровня, намного более высокого, чем в других частях батареи.

Вырабатываемое тепло может разлагать электродные материалы вокруг выступа и влиять на производительность элемента, срок службы и безопасность.Чтобы решить эту проблему, нам нужно держать вкладки на определенном расстоянии друг от друга. Что касается стоимости, язычки могут быть нежелательным вариантом, потому что сварка язычков добавляет дополнительный шаг в производстве батарей, увеличивая затраты.

Батарея Tesla’s Tabless

Хотя подробное объяснение патента Теслы выходит за рамки данной статьи, основная идея «батарейки без стола» состоит в том, чтобы достичь обычных функций язычка через проводящую часть, которая проходит вдоль электрода.

Состав нового планшета литий-ионный элемент. Изображение предоставлено Tesmanian и Limiting Factor

При такой конструкции стола максимальное расстояние, которое должны пройти электроны, — это высота электрода, а не его длина, как в случае обычного электрода с выступами. Высота электрода составляет всего 5-20% его длины. Следовательно, омическое сопротивление, с которым сталкиваются электроны, и, следовательно, тепло, которое генерируется внутри, значительно уменьшится.

Кроме того, ток будет равномерным по всему электроду стола. Таким образом можно избежать локальных горячих точек с большими перенапряжениями, которые могут вызвать нежелательные химические реакции, и продлить срок службы батареи.

Батарея, похожая на розу, выключается при нагревании

Новая конструкция не только выделяет меньшее количество тепла из-за более низкого омического сопротивления, но также демонстрирует лучшие свойства теплопередачи. В обычных конструкциях генерируемый ток проходит через язычок, занимающий небольшую площадь, и, следовательно, температура области вокруг вкладки значительно увеличивается.

В конструкции стола весь край электрода отвечает за передачу тока (и тепла). Передача тепла происходит через площадь, равную основанию цилиндра батареи. Когда анодный и катодный листы новой батареи свернуты, они образуют розу на концах.

Изображение элемента батареи стола. Скриншот предоставлен Tesla

Обсуждаемые выше преимущества позволяют Tesla перейти от 2170 ячеек (21 мм на 70 мм), используемых в Model 3 и Powerwall, до гораздо более крупных 4680 ячеек (46 мм на 80 мм), не беспокоясь о снижении производительности и проблемах теплопередачи.Tesla надеется, что эти новые батареи сделают автомобиль Tesla стоимостью 25000 долларов реальностью примерно через три года.

литий-ионных аккумуляторных элементов | Solvay

Специальные полимеры для литий-ионных аккумуляторных элементов

Solvay предлагает портфель специальных полимеров, предназначенных для обеспечения литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов с длительным сроком службы, химической и электрохимической стойкостью и высокотемпературными характеристиками для повышения устойчивости, увеличения плотности энергии аккумуляторов, оптимизации производства и снижения воздействия на окружающую среду. .В частности, наши экономичные, высокопроизводительные пластмассы производятся с превосходными свойствами, увеличивающими адгезию, срок службы и технологичность катодных связующих, а также повышающие прочность и химическую стойкость сепараторов и прокладок ячеек.

Современные литий-ионные батареи должны обеспечивать повышенную мощность в более компактных помещениях. Соответственно, OEM-производителям требуются компоненты с высокой устойчивостью к напряжению, совместимостью с высокими температурами, увеличенным сроком службы и упрощенной обработкой для обеспечения выдающейся производительности, совместимости при производстве и хранении.Кроме того, в связи с быстрым расширением производства литий-ионных аккумуляторов производителям оборудования одновременно требуются инновационные решения и материалы с экологически безопасными методами обработки. Наши технологии полимеризации позволяют получить семейство специальных полимеров, которые соответствуют и превосходят эти требования к характеристикам и обработке литиевых батарей. Например, Solvay продолжает лидировать на рынке аккумуляторных батарей в области экологически чистых решений, разработав первый коммерческий поливинилиденфторид на водной основе (PVDF) для покрытий разделителей.

Связующие и разделители

Повышенная плотность энергии батареи

Современные батареи требуют более высокой плотности энергии для обеспечения оптимальной производительности в уменьшенных, более эффективных системах и хранилищах. Технология полимеризации Solvay облегчает химическую модификацию для улучшения адгезии и гибкости катодных связующих, используемых в электродах высокой плотности. Непревзойденная когезия и адгезия наших ведущих в отрасли связующих PVDF позволяет производителям использовать меньшее содержание связующего, что позволяет миниатюризировать и повышает производительность и улучшает производительность.В частности, Solef® PVDF представляет собой частично фторированный полимер с превосходными химическими свойствами и исключительной температурной устойчивостью, обеспечивающий беспрецедентную адгезию и антигелеобразование, а также максимальную эффективность производства и производительности ряда литий-ионных аккумуляторов.

Адгезия — ключевое свойство, определяющее конечные характеристики батарей, особенно в долгосрочной перспективе. Хорошее связующее гарантирует однородную дисперсию активных материалов и проводящего углерода вместе со стабильным соединением с металлическим коллектором.

Сравнение адгезии

Повышенная прочность и стабильность

Для надежных литий-ионных аккумуляторов требуются высококлейкие связующие, обладающие значительной гибкостью и надежным интерфейсом между сепаратором и электродами для обеспечения долговременной работы. Превосходная адгезия высококачественных полимеров Solvay для связующих аккумуляторных батарей обеспечивает постоянную стабильность в течение продолжительных периодов времени. Кроме того, наши инженеры покрывают сепараторы дополнительными слоями ПВДФ, которые увеличивают смачиваемость и обеспечивают высокую прочность ламинирования внутри ячейки.Solef® PVDF доступен в нескольких модифицированных сортах, используемых как в высокоэффективных связующих, так и в адгезивных разделительных покрытиях для увеличения срока службы за счет ограничения утечки электролитов в современных литий-ионных батареях.

Непревзойденная универсальность и инновации

Solef® PVDF

Solvay обладает выдающимися механическими свойствами, что обеспечивает исключительную универсальность в различных конструкциях сепараторов в качестве основного компонента или дополнительных адгезионных разделительных покрытий.Кроме того, этот высокоэффективный гибкий полимер можно модифицировать для создания плотных гелеобразных или пористых разделительных мембран, а также традиционных покрытий на основе растворителей или первых в отрасли покрытий на водной основе. Solef® PVDF предлагает все преимущества смолы высокой чистоты с химической и электрохимической стабильностью, быстрой смачиваемостью, контролируемой утечкой электролитов и выдающейся адгезией даже в суровых условиях окружающей среды литиевых батарей.

Разделители на основе растворителей и сепараторы на водной основе

Традиционные покрытия сепараторов на основе растворителей в литий-ионных батареях улучшают границу раздела между электродами и сепараторами, увеличивая срок службы и улучшая смачиваемость и сборку.Уникальное разделительное покрытие PVDF на основе растворителя Solvay изготовлено из Solef® PVDF, модифицированного сополимера, который обеспечивает хорошую адгезию, отличную химическую стойкость и высокую прочность ламинирования.

С появлением первого в отрасли промышленного PVDF на водной основе для разделительных покрытий, покрытия Solvay на водной основе Solef® PVDF на водной основе избегают использования раздражающих органических растворителей и доступны в различных классах для гибкости состава и простоты обработки. Solef® XPH, наше семейство латексных сополимеров PVDF, использует процесс нанесения покрытия без использования растворителей и обеспечивает OEM-производителей высокоэффективными, экологически чистыми покрытиями для разделения растворов.

Solef® PVDF для аккумуляторных сепараторов

Оптимизированная обработка и производство

Поскольку применение литиевых батарей продолжает развиваться, производителям оборудования требуются связующие и сепараторы с более совершенными и гибкими свойствами, чем когда-либо прежде, чтобы упростить разработку и производство. Специальные полимеры Solvay для связующих для литиевых батарей разработаны со средним и высоким молекулярным весом, чтобы обеспечить отличную адгезию для упрощенных, легких и безопасных производственных процессов и приготовления суспензии.Наши универсальные материалы для мембран и покрытий литий-ионных сепараторов предлагают различные сорта и гибкость, чтобы удовлетворить требования в различных областях применения.

Прокладки ячеек

Усовершенствованные фторполимеры для критических уплотнений

По мере развития технологии литий-ионных аккумуляторов Solvay поставляет OEM-производителям высокоэффективные фторполимеры для прокладок ячеек, чтобы продлить срок службы аккумуляторов и повысить безопасность обработки аккумуляторов. В частности, Hyflon® MFA® (перфторполимер) и Tecnoflon® FKM (фторэластомер) обеспечивают критически важные герметизирующие свойства с превосходной химической, огнестойкостью и стойкостью к высоким напряжениям, улучшая технологичность и образцовые герметизирующие характеристики во время эксплуатации.Hyflon® MFA® обладает исключительной химической инертностью и огнестойкостью, что обеспечивает долговечность и долговечность современных литий-ионных аккумуляторов. Tecnoflon® FKM демонстрирует отличную текучесть и разделение форм, что обеспечивает хорошую обрабатываемость прокладок ячеек. Эти фторированные материалы предоставляют производителям литий-ионных аккумуляторов экономичную гибкость в конструкции компонентов, при этом удовлетворяя передовые отраслевые требования к характеристикам.

Ключевые продукты

Solef® PVDF Перфторполимеры Hyflon® Tecnoflon® FKM

Стартап в Огайо по повторному использованию аккумуляторных элементов призван стимулировать экономический рост в Аппалачах

Рост рынка электромобилей и растущий спрос на аккумуляторы, вероятно, будут стимулировать рост.

Несколько лет назад Роджер Уилкенс переделал Volkswagen Beetle 1973 года выпуска для работы на электричестве. Но в конце концов, группа свинцово-кислотных ячеек в машине, получившая название Electric Blue Bugaloo, больше не могла двигать ее вперед.

Эта проблема, по словам Уилкенса, послужила источником вдохновения для стартапа в Аппалачах в Огайо, который планирует переработать литий-ионные аккумуляторные элементы для повторного использования в других приложениях. Он ожидает роста потребности в такой переработке, поскольку на дорогах появляется все больше и больше электромобилей.

Вилкенс в настоящее время является исполнительным директором сети аккумуляторов Re-POWER Second Life при Афинском энергетическом институте, которая занимается сбором и тестированием использованных литий-ионных аккумуляторов для переупаковки в новые аккумуляторные блоки. Основанный в Glouster проект является ответвлением Центра сотрудничества, который он также возглавляет и в деятельность которого входит помощь потребителям в организации кооперативов по возобновляемым источникам энергии.

Аккумуляторы для многих ноутбуков, портативных медицинских устройств и даже электромобилей фактически содержат от нескольких до сотен литий-ионных элементов.

«Когда одна ячейка выходит из строя, обычно выбрасывается вся аккумуляторная батарея», — сказал Вилкенс. Но другие элементы в аккумуляторной батарее все же могут быть полезны.

Уилкенс — бывший директор Совета общественной энергетики Юго-Восточного Огайо, который координирует программы агрегирования электроэнергии для местных органов власти на своей территории. SOPEC был одним из первых в штате, кто включил возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в свои программы.

Уилкенс и его коллеги разработали сеть на юго-востоке Огайо для сбора батарей от использованных ноутбуков, медицинского оборудования и других источников.Техническая работа в небольшом масштабе подтвердила, что использованные аккумуляторные блоки можно разобрать и протестировать, чтобы можно было повторно упаковать все еще исправные элементы. Преподаватели и студенты соседнего Университета Огайо в Афинах помогали в работе.

«Electric Blue Bugaloo» Роджера Уилкенса. (Фото любезно предоставлено Робертом Студзински) Предоставлено: Роберт Студзински / Предоставлено

В то время как свинцово-кислотные батареи, подобные тем, которые использовались в винтажном Beetle Вилкенса, перерабатываются в сырье, элементы литий-ионных аккумуляторов в современных электромобилях все еще «могут найти применение, даже если они уже недостаточно сильны, чтобы приводить в движение автомобиль», — пояснил инженер-программист Морган Хагер.Эти аккумуляторные блоки когда-нибудь могут стать важной частью цепочки поставок Re-POWER.

«В них еще много жизни для постоянного источника», — сказал Хагер. «И по мере того, как индустрия электромобилей набирает обороты, есть волны аккумуляторов, которые будут уходить на пенсию и нуждаются в вторичных приложениях». На данный момент, по ее словам, батарейки от бывшего в употреблении больничного оборудования могут обеспечить достаточное количество годных к употреблению и относительно стандартных батарей, дополненных использованными батареями для ноутбуков.

В настоящее время предприятие производит аккумуляторные батареи для электрических велосипедов в качестве пилотного проекта, хотя, по словам Хагера, возможно и другое использование. По словам Уилкенса, конечной целью будет предоставление аккумуляторов для домов или предприятий, которые будут сочетаться с местными возобновляемыми источниками энергии.

Испытания и переупаковка все еще исправных аккумуляторных элементов будут проводиться на центральном предприятии в Аппалачах. Затем сеть местных предприятий будет распространять и обслуживать переупакованные аккумуляторные батареи в качестве услуги по подписке.Техники периодически проверяли переработанные элементы в аккумуляторной батарее абонента и заменяли все, что могло выйти из строя.

По словам Вилкенса, проект «действительно набирал обороты до пандемии». Тем не менее, хотя нынешняя рецессия может несколько замедлить ход событий, «мы упорствуем».

Роджер Уилкенс и его «Electric Blue Bugaloo». (Фото любезно предоставлено Робертом Студзински) Предоставлено: Роберт Студзински / любезно предоставлено

Проблемы впереди

Чтобы быть прибыльным, центру по переработке аккумуляторов необходимо автоматизировать некоторые части производства.Это требует некоторой стандартизации, согласно отчету об утилизации аккумуляторов электромобилей, опубликованному в научном журнале Nature в ноябре прошлого года.

«Это важно как с экономической точки зрения — снижение затрат на рабочую силу и повышение пропускной способности, с которой аккумуляторы могут быть отсортированы, разряжены и переработаны, — а также приводит к повышению безопасности», — сказал ведущий автор Гэвин Харпер из Института Фарадея Бирмингемского университета. Объединенное королевство.

Институтский проект ReLiB для аккумуляторов электромобилей изучает способы сделать это с помощью передовой робототехники, искусственного интеллекта и управления данными.

«Использование робототехники для разборки намного сложнее, потому что нам потребуется система, которая сможет работать с огромным количеством различных аккумуляторов, имеющихся на рынке, и различных конфигураций транспортных средств», — сказал Харпер. Условия будут различаться даже для использованных батарей той же марки, когда они поступили в центр утилизации. Эти ситуации требуют «радикально другого подхода, при котором мы можем справляться с разнообразием с помощью интеллектуальных самообучающихся систем».

В идеале, технология должна быть разработана таким образом, чтобы позволить сначала разобрать батареи и разделить их на компоненты, а потом делать последующие шаги по разделению материалов или тестированию и переупаковке элементов, добавил Харпер.Кроме того, сортировочная система тестирования шлюза может помочь решить, для каких типов использования аккумуляторных элементов лучше всего подходят с учетом требований к питанию и соображений безопасности. Харпер и его коллеги сообщили об этих и других идеях по повышению эффективности в прошлом месяце в научном журнале Green Chemistry.

Транспорт и другие аспекты цепочки поставок будут еще одной проблемой, отметил Харпер. Однако Вилкенс и его коллеги могут быть на шаг впереди в этом отношении.

«Я чрезвычайно впечатлен его опытом построения отношений и создания команд, — сказала Сара Догерти, операционный директор BRITE Energy Innovators в Уоррене, штат Огайо.«Я думаю, что команда, которую он собрал, является ключевой силой, [наряду с] его участием в сообществе и всеми партнерами, которые у него есть для сбора аккумуляторов». BRITE работает как предпринимательский инкубатор, помогающий стартапам в области энергетических технологий, и хранение энергии — это особый интерес.

«Накопление энергии сейчас похоже на Дикий Запад», — сказал Догерти, отметив, что отсутствие стандартизации означает «много неизвестного».

В дополнение к проблемам с эффективностью, отмеченным Харпер, переработанные аккумуляторные элементы для определенных целей могут нуждаться в соответствии с различными стандартами безопасности, установленными промышленными или регулирующими организациями, сказал Догерти.Однако такие группы, как ASTM International или Институт инженеров по электротехнике и электронике, еще не установили таких стандартов, потому что технология все еще развивается.

Тем не менее, Догерти ожидает, что также будет много возможностей в области утилизации аккумуляторных элементов. «Насколько я понимаю, есть ограниченные ресурсы и большой спрос», — пояснила она. «Переработка — это часть удовлетворения этого спроса. Я вижу, что там рынок ». Она также считает, что аккумуляторы становятся частью улучшенной децентрализованной системы электроснабжения.

Под капотом «Electric Blue Bugaloo» Роджера Уилкенса. (Фото любезно предоставлено Робертом Студзински) Фото: Роберт Студзински / любезно предоставлено

Часть экологически чистой энергии будущего

«Сеть становится децентрализованной, и это часть решения по обеспечению баланса сил для пользователей», — сказал Догерти. В сочетании с возобновляемыми источниками энергии аккумуляторные батареи могут даже заменить линии электросети для одного дома или для микросети в сельской местности. «Не всегда с финансовой точки зрения самое лучшее решение — прокладывать новую линию электропередачи через ваш район только для того, чтобы питать три дома», — сказала она.

Региональная ориентация Re-POWER в Аппалачах также является сильной стороной, отметил Догерти. Он мог бы занять нишу в развивающейся области.

Перед лицом продолжающегося спада угольной промышленности регион столкнулся с огромными экономическими проблемами. В случае успеха проект может способствовать росту рабочих мест в секторе чистой энергии, поддерживая при этом сеть местных предприятий.

«Это прекрасный пример мышления, предусмотренного для экоиндустриальных парков: отходы одной компании являются сырьем для другой компании», — сказала аналитик Аманда Вудрам из компании Policy Matters Ohio, которая является членом коалиции Reimagine Appalachia.Часть плана группы по восстановлению экономики в регионе предусматривает перепрофилирование вышедших из строя угольных заводов, бывших сталелитейных производств или других объектов для создания экологически безопасного производства.

No related posts.