Методы заряда аккумуляторов

Метод заряда током постоянной силы.

Полный заряд АКБ происходит при подключении ее к источнику тока постоянной силы с напряжением до 16,2 В. Сила тока при 20-часовом заряде берется равной 1/20 Ср, а при 10-часовом — 1/10Ср (где Ср — номинальная емкость АКБ).

Преимуществом заряда током постоянной силы является возможность полного заряда батареи. Чем меньше зарядный ток, тем глубже заряд. Однако, не стоит впадать в крайность — при совсем низком токе время зарядки будет несравнимо большим. Наоборот, при очень большом токе батарея «закипит» значительно быстрее, но при этом не успеет зарядиться на все 100%.

К недостаткам данного метода относятся:

• необходимость стабилизации силы тока,
• обильное газовыделение,
• возможность повышения температуры.

Для снижения указанных отрицательных эффектов применяют двухступенчатый режим заряда. В течение 1-й ступени производят заряд током 0,1Ср до достижения АКБ напряжения 14,4 В.

Затем продолжают заряд током, уменьшенным в 2 раза.

Метод заряда при постоянном напряжении.

Данным методом можно зарядить АКБ до 90-95% номинальной емкости. Недостаток метода — значительный нагрев батареи из-за большой силы тока в начале заряда.

Напряжение источника, к которому подключена АКБ, выдерживается постоянным.

В зависимости от величины напряжения ток может достигать в начале процесса значительной силы, а затем по мере заряда снижается до нуля. Обычно напряжение источника равно 14,6-15 В.

Есть и неклассические способы

.

Метод подзаряда малым током.

Величина тока от 0,03 А до 0,5 А. Используется для компенсации тока саморазряда и поддержания АКБ в заряженном состоянии, также для восстановления ее емкости в тренировочном цикле.

Автоматический метод заряда. Современный, оптимальный метод заряда батарей, состоящий из двух этапов. На первом этапе производится заряд АКБ током постоянной силы 0,1Ср, после того как напряжение АКБ возрастет и достигнет 14,4-14,8 В (напряжения ограничения), дальнейшая подзарядка происходит при постоянном напряжении с автоматически уменьшающимся током.

Этот метод исключает отрицательные эффекты, присущие вышеперечисленным способам. Он обеспечивает автоматическое поддержание оптимальной скорости заряда, не допуская опасного для батареи перенапряжения, приводящего к обильному газовыделению и кипению электролита.

При правильно выбранном напряжении величина силы тока уменьшается до значения, компенсирующего саморазряд А=E.

ВНИМАНИЕ!

• Производить заряд АКБ разрешается только в помещениях с подходящей приточно-вытяжной вентиляцией!
• Во время заряда выделяется взрывчатая смесь водорода и кислорода, вредная для жизни и взрывоопасная!
• Не подходите к аккумулятору, особенно во время заряда, с открытым огнем или зажженной сигаретой! Не производите никаких действий, способствующих образованию искры!
• При выключенном двигателе и всех потребителях электроэнергии отсоедините как описано выше и выньте аккумулятор из автомобиля (при зарядке батареи на автомобиле обязательно отсоедините электрические кабели и следуйте инструкции автомобиля)!
• Аккумулятор заряжается только постоянным током!
• Запрещено осуществлять заряд аккумулятора высокими зарядными токами!

Как проверить и как зарядить Li-ion аккумулятор

Для теста аккумулятора сотового телефона необходим тестер в режиме измерения напряжения или вольтметр:

Внимание! Данный метод зарядки годен лишь в случае Li-ion аккумуляторов.
Выбираем режим измерения напряжения постоянного тока и выставляем на десятки Вольт, в моем случае это 20 Вольт. Прикладываем положительный щуп тестера к плюсу аккумулятора, отрицательный к минусу (можно и наоборот, тогда вы увидите отрицательное значение). На индикационном табло мульиметра покажется заряд аккумулятора. Если заряд выше 2-х Вольт, то аккумулятор более или менее заряжен и телефон просто обязан включиться. Вообще, нормальное (оно также называется номинальным) значение заряженного аккумулятора это 3,7 Вольта, максимальное 4,2 Вольта.

Если заряд аккумулятора ниже 2-х Вольт, то телефон не включится (в отличие от смартфона, который включится). Тогда необходимо подзарядить аккумулятор от внешнего источника питания. Конечно, на видео я не могу рассказать обо всем, иначе оно получилось бы очень длинным. Вот так схематически можно показать как выглядит современный аккумулятор:

Грубо говоря, аккумулятор состоит из коннектора подключения к плате телефона, контроллера и самой батареи. Контроллер собирает различную информацию о состоянии батареи (уровень заряда, температура, количество циклов зарядки и другие характеристики, а также выполняет защитные функции). На многих аккумуляторах такого типа в контроллер зашит модуль «свой-чужой» и как вы уже догадались из-за этого модуля подключать аккумулятор напрямую к блоку питания нельзя. Может выйти из строя контроллер, так как блок питания явно чужой. Поэтому, перед тем как заряжать аккумулятор через блок питания, необходимо убедиться, что аккумулятор либо не имеет такого контроллера, тогда можно подключить блок питания напрямую к внешним клеммам аккумулятора. Если же такой контроллер присутствует, тогда немного разобираем аккумулятор и добираемся до модуля батареи. Находим два контакта (на картинке обозначено красным и синим, положительный и отрицательный контакты находим с помощью мультиметра) идущие от батареи к контроллеру питания и уже к ним подключаем внешний блок питания.

Далее, на внешнем источнике питания выставляются значения силы тока и напряжения в соответствии со значениями, которые указаны на аккумуляторе. Например, если на АКБ указано 1200mAh и 3,7V, то на источнике питания выставляем 3,7 Вольта и половину значения емкости батареи, т.е. (1200mAh) / 2 = 600 mAh.

Зарядку продолжаем в течении 2-х часов. Под конец заряда, LiOn аккумуляторы начинают сильно греться. Не стоит этого пугаться, так и должно быть. Рекомендую во время зарядки проверять напряжение на АКБ сторонним тестером, т.к. батарейка может зарядиться и быстрее, чем за два часа. Как только увидели, что заряд достиг 3,7 Вольта, можно отключать аккумулятор от блока питания. Вот еще что, 3,7 Вольта, это среднее значение напряжения. Полностью заряженный аккумулятор имеет большее значение напряжения. Часто это 4,1 Вольта. Ничего страшного, что значение будет таким высоким, многие телефоны сами по себе заряжают аккумулятор именно до этого уровня.

Что там с зарядом аккумулятора? — android.mobile-review.com

23 июня 2020

Александр Носков

Facebook

Twitter

Вконтакте

Привет! Поговорим о том, как смартфон измеряет заряд аккумулятора, почему он скачет как угорелый и что можно сделать.

В наши дни даже недорогие смартфоны могут порадовать нас производительностью, качеством камер и силой приема сотового сигнала. Казалось бы, живи да радуйся, но существует объективный фактор, который портит удовольствие от использования смартфона, и речь, конечно же, про аккумулятор. Дело даже не в его объеме, или скорости заряда, а в том, что несмотря на все уверения элитных пиарщиков, отследить реальный заряд батареи практически невозможно. Многие из нас часто видели скоростное падение уровня заряда на индикаторе Android или iOS, или наоборот, смартфон «восполнял» 1-2% просто полежав пару минут с выключенным экраном. Эта нестабильность в показаниях и вызывает наибольшее неудовольствие у пользователей, сеет в них недоверие к бренду, расшатывает нервы и раскрашивает мир в черные краски. Особенно, когда на покупку смартфона были потрачены большие деньги. Но прежде, чем обвинять аккумулятор смартфона в асоциальном поведении его хозяина, давайте разберемся, а так ли уж он виноват?

Как смартфоны измеряют уровень заряда

Современный метод на самом деле несложный и дешевый, позволяет убедить стороннего наблюдателя, что он видит реальный заряд аккумулятора смартфона, а если еще операционная система начнет предсказывать разряд, то покупатель будет в полном восторге.

Жаль только, что к реальности это не имеет отношения, и вот почему. В смартфоне нельзя разделять понятие измерения уровня заряда смартфона отдельно от заводской статистики тестов батареи. Что происходит? На заводе-изготовителе проводятся тесты конкретной батареи и рисуется эталонный график разряда. Например, такой:

График предоставлен Чедом Кортни (Chad Courtney), Intel Corp.

Абсолютно типичная картина, не существует потребительских (недорогих) Li-ion аккумуляторов, которые бы разряжались равномерно. В данном графике по оси Y указывается уровень напряжения, а по оси X процент заряда. На основе этого конкретного графика, сделанного для конкретного аккумулятора конкретного смартфона, Android OS и высчитывает уровень заряда, который мы видим на экране. Информацию о вольтаже предоставляет аппаратное средство (контроллер аккумулятора), а дальнейшие расчеты производит приложение операционной системы. Разумеется, встроенный в аккумулятор контроллер никогда не допустит разряда батареи до настоящих 0% (на графике уровень заряда 0% соответствует напряжению 3В), подобные ошибки приводят к невозможности запуска процесса заряжания Li-ion аккумулятора.

Кстати, в недорогих смартфонах Xiaomi из программы Android One, часто встречалась эта недоработка и их владельцы были вынуждены полностью менять аккумуляторы («пробивать» не заряжающийся аккумулятор сильным зарядом тока никому не советую). В дальнейшем Android OS анализирует работу смартфона и корректирует данные о заряде (и перспективе разрядки), а данные об этом хранит в файле «batterystats.bin», который находится в корневом разделе системы. Заводской «график» никогда не меняется, и изначально хранится в загрузчике (Boot.img).

Из сказанного выше можно сделать несколько выводов:

1. Метод основан на сравнении заводских параметров и текущем уровне напряжения
2. Смартфон на самом деле ничего не измеряет, а только делает выводы из полученной извне информации. Т.е., он «думает», что знает уровень заряда и показывает свое предположение пользователю
3. Если в разделе настроек «батарея» в вашем Android-смартфоне вы видите прямую косую линию, то вас либо нагло обманывают (дешевый суббренд), либо производитель ПО смартфона (Samsung, Apple, Nokia, OnePlus, Huawei и т. д.) ответственно подошел к делу и разработал хороший алгоритм энергопотребления (вовремя понижает и повышает частоты ЦП и ОЗУ)

Когда что-то пошло не так

Что-то всегда может пойти не так, если начинаешь модифицировать смартфон без полных знаний о процессах. Об этом очень хорошо написано в материале Эльдара Муртазина. В чем и я убедился на личном опыте на примере планшета производства DNS (планшет давно гниет на свалке, модель не помню). Суть проблемы была простая – уровень заряда батареи абсолютно всегда отображался некорректно: показывая заряд 100% он мог выключиться через 10 минут, или часами работать на 15%. Не разобравшись в том, как это все работает, я стер файл «batterystats.bin» и получил бесценный опыт. Android OS после перезагрузки планшета создала файл заново и процент зарядки стал работать более корректно, показывая реальный заряд, вот только время работы сократилось в разы. Впоследствии, разобрав устройство, перед тем как его выкинуть (интересно же) из-за смерти флеш-памяти, моему взгляду открылся аккумулятор без какого-либо контроллера вообще.

Это была просто стопка листов, обмотанная дешевой пленкой, из которой торчали два провода.

Другим примером «что-то не так», безусловно являются инструкции по «раскачиванию» батареи, которые были в тренде еще несколько лет назад. По задумке «инструкторов», аккумулятор можно было заставить работать лучше (нести больший заряд), если после удаления статистики батареи несколько раз заряжать его до 100% и разряжать до выключения. Владельцы смартфонов для ускорения процесса разряда аккумулятора применяли различные бенчмарки, вновь и вновь запуская их. Привело это к тому, что предполагаемое Android OS время разряда аккумулятора стало более пессимистическим (время рассчитывалось исходя из полной нагрузки на смартфон), но реально смартфон работал дольше! У пользователя девайса складывалось ничем не обоснованное ощущение, что аккумулятор стал «раскачанным» и он передавал «бесценный опыт» дальше, нахваливая данный метод. На старых форумах можно встретить предложение повторять эту процедуру раз в две недели.

Лично мне это напоминает другую процедуру, сугубо физиологическую.

Но чаще всего с отображением уровня заряда что-то идет не так у самых обычных пользователей, которые не пытаются изменить прошивку или пользоваться странными советами. И вина этих пользователей заключается лишь в том, что они вместо оригинального аккумулятора на замену купили дешевую копию («зато дешевле»). Или решили воспользоваться более продвинутым предложением и приобрели заднюю крышку с аккумулятором повышенной емкости (производства Nokla или Samsunc). В обоих случаях все ясно, – аккумулятор не соответствует заводским параметрам и статистическим данным, которые накопила Android OS. Даже если пользователь догадается сбросить телефон до заводских настроек, то это не исправит ситуацию и отображаемый уровень заряда начнет удивлять. Поэтому важно пользоваться только оригинальными комплектующими, либо продукцией сторонних поставщиков, которые приобрели лицензию на производство (у Apple, например).

Как измерить реальный заряд аккумулятора сторонними средствами?

Разумеется, есть специальные гаджеты для измерения емкости аккумулятора, стоят они недорого и продаются везде.

Или мультиметром, если он работает в режиме мАч, а аккумулятор смартфона можно извлечь. Для этого заряжаем смартфон на 100% (согласно индикатору Android OS), выключаем смартфон, извлекаем батарею, и соединяем красный щуп мультиметра с плюсом аккумулятора, а черный с минусом. После этого полученную мультиметром цифру делим на емкость аккумулятора, которая указана в ТТХ смартфона, и умножаем полученный результат на 100. Полученная цифра и будет отображать реальный заряд в процентах относительно эталонного значения. Например, мультиметром получаем результат 2800 мАч, производим расчеты с эталонным значением 3000 мАч и в итоге имеем, что реальная емкость аккумулятора нашего смартфона составляет только 93,3%. У операционной системы мультиметра нет, поэтому она будет опираться на сравнение заводских данных и статистику использования, т.е., самозабвенно врать пользователю о том, что «батарея в хорошем состоянии».

А что, если вставить в смартфон мультиметр, а то и измеритель мощности?

Если отбросить фактор размера (потребуется еще одна схема и силовые элементы, которые сделают смартфон толще), то перешагнуть через здравый смысл и законы физики все-равно не получится. По логике вещей, уровень заряда аккумулятора должен измеряться постоянно, а кто-нибудь задумывался, сколько электроэнергии потребляет сам мультиметр? Ведь он фактически заводит заряд в свою электрическую цепь и, перебирая сопротивления (потребляя электричество в процессе), выдает результат. Т.е., аккумулятор у нас один, а устройств электропотребления со схожими параметрами получается два. Поэтому и не устанавливают в смартфоны силовые измерительные приборы, как считаете?

Выводы

Приходится констатировать, что хоть как-то повлиять на срок службы аккумулятора смартфона, или добиться от него правдивых показаний по уровню заряда, пользователь не в состоянии. Все сторонние программы, якобы делающие это, являются заведомым «фейком», и даже вредны. Остается полагаться на совесть и компетентность производителя, пользоваться только оригинальными запчастями, и, главный вывод, – ничего не трогать руками и терпеть, потому что иначе будет только хуже.

И по-прежнему действует правило, которое выглядит так: меньше сторонних приложений – меньше расход заряда батареи.

Расскажите о вашем личном опыте по моддингу Android (касаемо энергопотребления), думаю всем будет интересно.

Характеристики батареи

— Как определить и протестировать батарею

Технические характеристики, стандарты и реклама

Батареи

могут рекламироваться как Long Life, High Capacity, High Energy, Deep Cycle, Heavy Duty, Fast Charge, Quick Charge, Ultra и другие, плохо определенные параметры, и существует несколько отраслевых или юридических стандартов, точно определяющих каждый из этих терминов. средства.Рекламные слова могут означать все, что хочет продавец. Помимо базовой конструкции батареи, производительность фактически зависит от того, как используются батареи, а также от условий окружающей среды, в которых они используются, но эти условия редко, если вообще когда-либо, указываются в рекламе для массового рынка. Для потребителя это может сбивать с толку или вводить в заблуждение. Однако сама аккумуляторная промышленность не использует такие расплывчатые термины для определения характеристик батареи, а спецификации обычно включают заявление, определяющее или ограничивающее условия эксплуатации или окружающей среды, в которых может быть достигнута заявленная производительность.

В следующем разделе описаны основные параметры, используемые для характеристики элементов или батарей, и показано, как эти параметры могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Кривые разряда

Энергетические элементы

были разработаны для широкого спектра применений с использованием множества различных технологий, что привело к широкому диапазону доступных рабочих характеристик.На графиках ниже показаны некоторые из основных факторов, которые разработчик приложений должен учитывать при выборе батареи для соответствия требованиям к производительности конечного продукта.

Клеточная химия

Номинальное напряжение гальванического элемента определяется электрохимическими характеристиками активных химикатов, используемых в элементе, так называемым химическим составом элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на выводах в любой конкретный момент времени, как и в любой ячейке, зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса ячейки, и это зависит от температуры, состояния заряда и возраста элемента.

На приведенном ниже графике показаны типичные кривые разряда-разряда для ячеек с различным химическим составом элементов при разряде со скоростью 0,2 ° C. Обратите внимание, что химический состав каждой ячейки имеет свое собственное номинальное номинальное напряжение и кривую разряда. Некоторые химические вещества, такие как литий-ионный, имеют довольно плоскую кривую разряда, в то время как другие, такие как свинцово-кислотная, имеют ярко выраженный наклон.

Мощность, отдаваемая элементами с наклонной кривой разряда, постепенно падает в течение всего цикла разряда.Это может вызвать проблемы для приложений с большой мощностью ближе к концу цикла. Для приложений с низким энергопотреблением, которым требуется стабильное напряжение питания, может потребоваться установка регулятора напряжения, если наклон слишком крутой. Обычно это не вариант для приложений с большой мощностью, поскольку потери в регуляторе могут лишить аккумулятор еще большей мощности.

Плоская кривая разряда упрощает конструкцию приложения, в котором используется аккумулятор, поскольку напряжение питания остается достаточно постоянным на протяжении всего цикла разряда.Наклонная кривая облегчает оценку состояния заряда батареи, поскольку напряжение элемента может использоваться как мера оставшегося заряда в элементе. Современные литий-ионные элементы имеют очень плоскую кривую разряда, поэтому для определения состояния заряда

необходимо использовать другие методы.

По оси X показаны характеристики ячейки, нормированные в процентах от емкости ячейки, так что форма графика может быть показана независимо от фактической емкости ячейки.Если бы ось X была основана на времени разряда, длина каждой кривой разряда была бы пропорциональна номинальной емкости элемента.

Температурные характеристики

Производительность элемента может резко меняться в зависимости от температуры. В нижнем пределе, в батареях с водными электролитами, сам электролит может замерзнуть, задав нижний предел рабочей температуры. При низких температурах литиевые батареи страдают от литиевого покрытия анода, что приводит к необратимому снижению емкости.В крайнем случае активные химические вещества могут выйти из строя и разрушить аккумулятор. Между этими пределами характеристики элемента обычно улучшаются с повышением температуры. См. Также «Управление температурным режимом» и «Срок службы батареи» для получения более подробной информации.

На приведенном выше графике показано, как характеристики ионно-литиевых батарей ухудшаются при снижении рабочей температуры.

Вероятно, более важным является то, что как для высоких, так и для низких температур, чем дальше рабочая температура от комнатной, тем больше сокращается срок службы.См. Неисправности литиевых батарей.

Характеристики саморазряда

Скорость саморазряда — это мера того, как быстро элемент теряет свою энергию, находясь на полке, из-за нежелательных химических воздействий внутри элемента. Скорость зависит от химического состава клеток и температуры.

Клеточная химия

Ниже показан типичный срок хранения некоторых первичных ячеек:

• Цинк Углерод (Leclanché) от 2 до 3 лет
• Щелочная 5 лет
• Литий 10 лет и более

Типичные скорости саморазряда для обычных перезаряжаемых элементов следующие:

• Свинцово-кислотный от 4% до 6% в месяц
• Никель Кадмий от 15% до 20% в месяц
• Никель-металлогидрид 30% в месяц
• Литий от 2% до 3% в месяц

Влияние температуры

Скорость нежелательных химических реакций, которые вызывают внутреннюю утечку тока между положительным и отрицательным электродами элемента, как и все химические реакции, увеличивается с температурой, что увеличивает скорость саморазряда батареи. См. Также Срок службы батареи. На приведенном ниже графике показана типичная скорость саморазряда литий-ионной батареи.

Внутреннее сопротивление

Внутренний импеданс ячейки определяет ее пропускную способность по току. Низкое внутреннее сопротивление допускает большие токи.

Схема эквивалента батареи

На схеме справа показана эквивалентная схема для энергетической ячейки.

• Rm — сопротивление металлического пути через ячейку, включая клеммы, электроды и межсоединения.
• Ra — сопротивление электрохимического тракта, включая электролит и сепаратор.
• Cb — емкость параллельных пластин, которые образуют электроды ячейки.
• Ri — нелинейное контактное сопротивление между пластиной или электродом и электролитом.

Типичное внутреннее сопротивление порядка миллиомов.

Влияние внутреннего импеданса

Когда ток течет через элемент, возникает падение напряжения IR на внутреннем сопротивлении элемента, которое снижает напряжение на выводах элемента во время разряда и увеличивает напряжение, необходимое для зарядки элемента, таким образом уменьшая его эффективную емкость, а также уменьшая его заряд. / эффективность разряда.Более высокие скорости разряда приводят к более высоким внутренним падениям напряжения, что объясняет более низкие кривые разряда напряжения при высоких скоростях C. См. «Скорость разряда» ниже.

На внутренний импеданс влияют физические характеристики электролита: чем меньше размер гранул материала электролита, тем ниже полное сопротивление. Размер зерна контролируется производителем ячейки в процессе измельчения.

Спиральная конструкция электродов часто используется для увеличения площади поверхности и, таким образом, уменьшения внутреннего импеданса.Это снижает тепловыделение и обеспечивает более быструю зарядку и разрядку.

Внутреннее сопротивление гальванического элемента зависит от температуры и уменьшается с ростом температуры из-за увеличения подвижности электронов. График ниже является типичным примером.

Таким образом, элемент может быть очень неэффективным при низких температурах, но эффективность повышается при более высоких температурах из-за более низкого внутреннего импеданса, но также и из-за повышенной скорости химических реакций. Однако более низкое внутреннее сопротивление, к сожалению, также приводит к увеличению скорости саморазряда. Кроме того, срок службы ухудшается при высоких температурах. Для поддержания ячейки в ограниченном температурном диапазоне для достижения оптимальных характеристик в приложениях с большой мощностью может потребоваться какая-либо форма нагрева и охлаждения.

Внутреннее сопротивление большинства химических элементов ячеек также имеет тенденцию значительно увеличиваться к концу цикла разряда, поскольку активные химические вещества переводятся в свое разряженное состояние и, следовательно, эффективно израсходуются.Это в основном отвечает за быстрое падение напряжения на элементе в конце цикла разряда.

Кроме того, эффект джоулева нагрева I ² R, потери во внутреннем сопротивлении элемента вызывают повышение температуры элемента.

Падение напряжения и потери I ² R могут быть незначительными для элемента емкостью 1000 мАч, питающего мобильный телефон, но для 100-элементного автомобильного аккумулятора на 200 Ач они могут быть значительными.Типичное внутреннее сопротивление литиевой батареи мобильного телефона емкостью 1000 мА составляет от 100 до 200 мОм и около 1 мОм для литиевой батареи емкостью 200 Ач, используемой в автомобильной батарее. См. Пример.

При работе со скоростью C падение напряжения на элемент будет около 0,2 В в обоих случаях (немного меньше для мобильного телефона). Потери I ² R в мобильном телефоне будут составлять от 0,1 до 0,2 Вт. Однако в автомобильной батарее падение напряжения на всей батарее будет 20 В, а потеря мощности, рассеиваемой в виде тепла внутри батареи, составит 40 Вт на элемент или 4 кВт для всей батареи. Это в дополнение к теплу, выделяемому в результате электрохимических реакций в ячейках.

По мере старения элемента сопротивление электролита имеет тенденцию к увеличению. Старение также приводит к ухудшению качества поверхности электродов и увеличению контактного сопротивления, и в то же время эффективная площадь пластин уменьшается, уменьшая их емкость. Все эти эффекты увеличивают внутренний импеданс клетки, что отрицательно сказывается на ее работоспособности.Сравнение фактического импеданса ячейки с ее импедансом, когда она была новой, может быть использовано для измерения или представления возраста ячейки или ее эффективной емкости. Такие измерения намного удобнее, чем фактическая разрядка элемента, и их можно проводить без разрушения тестируемого элемента. См. «Испытания импеданса и проводимости»

Внутреннее сопротивление также влияет на эффективную емкость ячейки. Чем выше внутреннее сопротивление, тем выше потери при зарядке и разрядке, особенно при более высоких токах. Это означает, что при высоких скоростях разряда доступная емкость ячейки ниже. И наоборот, если он разряжается в течение длительного периода, емкость в ампер-часах выше. Это важно, потому что некоторые производители указывают емкость своих батарей при очень низкой скорости разряда, что делает их намного лучше, чем они есть на самом деле.

Скорость разряда

Кривые разряда литий-ионного элемента ниже показывают, что эффективная емкость элемента уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или, наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда).Это называется смещением емкости, и этот эффект характерен для большинства химических составов ячеек.

Нагрузка аккумулятора

Время разряда батареи зависит от нагрузки, которую она должна обеспечивать.

Если разрядка происходит в течение длительного периода в несколько часов, как в некоторых высокопроизводительных приложениях, таких как электромобили, эффективная емкость аккумулятора может быть вдвое больше указанной емкости при коэффициенте C.Это может быть наиболее важным при выборе дорогой батареи для использования с высокой мощностью. Емкость маломощных аккумуляторов бытовой электроники обычно указывается для разряда со скоростью C, тогда как SAE использует разряд в течение 20 часов (0,05 ° C) в качестве стандартного условия для измерения емкости автомобильных аккумуляторов в ам-часах. График ниже показывает, что эффективная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов с глубокой разрядкой почти удваивается, поскольку скорость разряда снижается с 1,0 ° C до 0.05C. При времени разряда менее одного часа (высокие значения C) эффективная емкость резко падает.

На эффективность зарядки также влияет скорость зарядки. Объяснение причин этого приведено в разделе «Время зарядки».

Из этого графика можно сделать два вывода:

• Следует проявлять осторожность при сравнении характеристик емкости аккумуляторов, чтобы обеспечить сопоставимые скорости разряда.
• В автомобильной промышленности, если высокие значения тока используются регулярно для резкого ускорения или для подъема на холм, дальность действия транспортного средства будет уменьшена.

Рабочий цикл

Рабочие циклы различаются для каждого приложения. Приложения EV и HEV накладывают особые переменные нагрузки на аккумулятор. См. Пример нагрузочного тестирования. Стационарные батареи, используемые в распределенных сетевых накопителях энергии, могут иметь очень большие изменения SOC и много циклов в день.

Важно знать, сколько энергии используется за цикл, и рассчитывать на максимальную пропускную способность и мощность, а не на средний уровень.

Примечания: Для информации

• Типичный небольшой электромобиль будет потреблять от 150 до 250 Втч энергии на милю при нормальном вождении. Таким образом, для диапазона 100 миль при 200 Вт-час на милю потребуется аккумулятор емкостью 20 кВт-ч.
В гибридном электромобиле
• используются батареи меньшего размера, но они могут работать при очень высокой скорости разряда до 40 ° C. Если в автомобиле используется рекуперативное торможение, аккумулятор также должен выдерживать очень высокую скорость зарядки, чтобы быть эффективным. См. В разделе о конденсаторах пример того, как это требование может быть выполнено.

Уравнение Пойкерта

Уравнение Пойкерта — удобный способ описания поведения ячейки и количественного определения смещения емкости в математических терминах.

Это эмпирическая формула, которая приблизительно определяет, как доступная емкость батареи изменяется в зависимости от скорости разряда. C = I ⁿ T, где «C» — теоретическая емкость аккумулятора, выраженная в ампер-часах, «I» — ток, «T» — время, а «n» — число Пейкерта, постоянная для данного аккумулятор. Уравнение показывает, что при более высоких токах в батарее меньше доступной энергии. Число Пейкерта напрямую связано с внутренним сопротивлением батареи.Более высокие токи означают больше потерь и меньшую доступную мощность.

Значение числа Пойкерта показывает, насколько хорошо батарея работает при длительном сильном токе. Значение, близкое к 1, указывает на то, что аккумулятор работает нормально; чем выше число, тем больше емкость теряется при разряде аккумулятора при больших токах. Число Пейкерта батареи определяется эмпирически. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это число обычно составляет от 1,3 до 1,4

График выше показывает, что эффективная емкость аккумулятора снижается при очень высокой скорости непрерывной разрядки. Однако при периодическом использовании батарея успевает восстановиться в периоды покоя, когда температура также возвращается к уровню окружающей среды. Из-за этой возможности восстановления емкость меньше уменьшается, а эффективность работы выше, если аккумулятор используется с перерывами, как показано пунктирной линией.

Это обратное поведение двигателя внутреннего сгорания, который наиболее эффективно работает при непрерывных устойчивых нагрузках.В этом отношении электроэнергия — лучшее решение для средств доставки, которые подвержены постоянным перебоям.

Участки Рагон

График Рагона полезен для определения компромисса между эффективной мощностью и управляемой мощностью. Обратите внимание, что графики Рагона обычно основаны на логарифмических шкалах.

На приведенном ниже графике показана превосходная гравиметрическая плотность энергии литий-ионных элементов. Также обратите внимание, что литий-ионные элементы с анодами из титаната лития (Altairnano) обеспечивают очень высокую плотность мощности, но пониженную плотность энергии.

Энергия и плотность мощности — Участок Рагона

Источник Альтаирнано

На графике Ragone ниже сравниваются характеристики ряда электрохимических устройств.Это показывает, что ультраконденсаторы (суперконденсаторы) могут обеспечивать очень высокую мощность, но емкость хранилища очень ограничена. С другой стороны, топливные элементы могут хранить большое количество энергии, но имеют относительно низкую выходную мощность.

Рагон Участок электрохимических устройств

Наклонные линии на графиках Ragone показывают относительное время, необходимое для того, чтобы зарядить устройство или выйти из него. С одной стороны, мощность может накачиваться или извлекаться из конденсаторов за микросекунды. Это делает их идеальными для сбора энергии рекуперативного торможения в электромобилях. С другой стороны, топливные элементы имеют очень плохие динамические характеристики, требуя часов для выработки и передачи энергии. Это ограничивает их применение в электромобилях, где они часто используются вместе с батареями или конденсаторами для решения этой проблемы. Литиевые батареи находятся где-то посередине и обеспечивают разумный компромисс между ними.

См. Также Сравнение альтернативных хранилищ энергии.

Характеристики импульса

Способность передавать сильноточные импульсы является требованием многих батарей. Пропускная способность ячейки по току зависит от эффективной площади поверхности электродов. (См. Компромисс между энергией и мощностью). Однако ограничение по току устанавливается скоростью, с которой происходят химические реакции в ячейке.Химическая реакция или «перенос заряда» происходит на поверхности электродов, и начальная скорость может быть довольно высокой, так как химические вещества, расположенные рядом с электродами, преобразуются. Однако, как только это произошло, скорость реакции ограничивается скоростью, с которой активные химические вещества на поверхности электрода могут пополняться путем диффузии через электролит в процессе, известном как «массоперенос». Тот же принцип применяется к процессу зарядки и более подробно описан в разделе «Время зарядки».Следовательно, импульсный ток может быть значительно выше, чем частота C, которая характеризует характеристики непрерывного тока.

Срок службы

Это один из ключевых параметров производительности ячейки, который указывает ожидаемый срок службы ячейки.

Жизненный цикл определяется как количество циклов, которое может выполнить элемент, прежде чем его емкость упадет до 80% от первоначальной указанной емкости.

Каждый цикл заряда-разряда и связанный с ним цикл превращения активных химикатов, который он вызывает, сопровождается медленным ухудшением химикатов в элементе, что будет почти незаметно для пользователя. Это ухудшение может быть результатом неизбежных нежелательных химических воздействий в ячейке, роста кристаллов или дендритов, изменяющих морфологию частиц, составляющих электроды. Оба эти события могут иметь эффект уменьшения объема активных химических веществ в элементе и, следовательно, его емкости, или увеличения внутреннего импеданса элемента.

Обратите внимание, что элемент не умирает внезапно в конце указанного жизненного цикла, а продолжает свое медленное разрушение, так что он продолжает нормально функционировать, за исключением того, что его емкость будет значительно меньше, чем когда она была новой.

Цикл срока службы, как он определен, является полезным способом сравнения батарей в контролируемых условиях, однако он может не дать наилучшего показателя срока службы батарей в реальных условиях эксплуатации.Элементы редко эксплуатируются в последовательных полных циклах заряда-разряда, они с большей вероятностью будут подвергаться частичным разрядам различной глубины перед полной перезарядкой. Поскольку в частичных разрядах задействовано меньшее количество энергии, аккумулятор может выдерживать гораздо большее количество неглубоких циклов. Такие циклы использования типичны для гибридных электромобилей с рекуперативным торможением. Посмотрите, как продолжительность цикла зависит от глубины разряда (DOD) в разделе «Срок службы батареи».

Срок службы также зависит от температуры, как от температуры эксплуатации, так и от температуры хранения. См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».

Общая пропускная способность по энергии

Более репрезентативный показатель срока службы батареи — это Lifetime Energy Throughput . Это общее количество энергии в ватт-часах, которое может быть вложено в аккумулятор и снято с него в течение всех циклов в течение срока его службы до того, как его емкость снизится до 80% от первоначальной емкости нового аккумулятора.Это зависит от химического состава клетки и условий эксплуатации. К сожалению, эта мера еще не используется производителями элементов питания и еще не принята в качестве отраслевого стандарта для аккумуляторов. Пока он не войдет в широкое использование, его нельзя будет использовать для сравнения производительности элементов от разных производителей таким образом, но, если он доступен, по крайней мере, он предоставляет более полезное руководство для инженеров по применению для оценки срока службы используемых батарей. в своих проектах.

См. Также Состояние работоспособности (SOH) и Расчетный срок службы батареи

Глубокий разряд

Срок службы в цикле уменьшается с увеличением глубины разряда (DOD) (см. Срок службы батареи), и многие химические составы элементов не допускают глубокую разрядку, и элементы могут быть необратимо повреждены при полной разрядке.Специальные конструкции ячеек и химические смеси необходимы, чтобы максимально увеличить потенциальную глубину разряда батарей глубокого разряда.

Зарядные характеристики

Кривые зарядки и рекомендуемые методы зарядки включены в отдельный раздел зарядки

Методы и терминология зарядки батарей

Термины, связанные с резервными батареями

Ач

Емкость Ач или ампер / час — это ток, который батарея может обеспечить в течение определенного периода времени, например. грамм. 100 Ач при скорости C10 до EOD 1,75 В / элемент. Это означает, что батарея может обеспечивать 10 ампер в течение 10 часов до конечного напряжения разряда 1,75 В. Разные производители аккумуляторов будут использовать разные скорости Cxx в зависимости от рынка или области применения, на которую рассчитаны их батареи. Обычно используются ставки C3, C5, C8, C10 и C20. По этой причине при сравнении аккумуляторов от разных производителей, имеющих одинаковый показатель Ач, важно подтвердить, на каком уровне Cxx основан этот показатель.

Ячейка

Ячейка состоит из ряда положительно и отрицательно заряженных пластин, погруженных в электролит, который производит электрический заряд посредством электрохимической реакции
.Свинцово-кислотные элементы обычно создают электрический потенциал 2 В, в то время как никель-кадмиевые элементы обычно создают электрический потенциал 1,2 В.

Батарея

Батарея — это количество элементов, соединенных вместе. Ознакомьтесь с нашим полным ассортиментом аккумуляторов.

DOD

Глубина разгрузки. Доля общей емкости, используемой в разгрузке, 0-100%.

Цепочка / банк

Цепочка или блок аккумуляторов состоит из ряда элементов / аккумуляторов, соединенных последовательно, чтобы произвести аккумулятор или набор аккумуляторов с требуемым применимым напряжением / потенциалом
e.грамм. 6В, 12В, 24В, 48В, 110В.

SOC

Состояние заряда. Доля общей емкости, которая еще доступна для разряда. 0-100% .100% -DOD

Фактор окончания срока службы

Это фактор, включенный в расчет размера батареи, чтобы гарантировать, что батарея способна поддерживать полную нагрузку в конце расчетного срока службы батареи, рассчитанного по
умножая Ah на 1,25.

VPC (Вольт на элемент)

Вольт на элемент, то есть для свинцово-кислотной батареи напряжение VPC составляет 2 В, то есть 6 ячеек в 12 В.

Способы зарядки

Существует три распространенных метода зарядки аккумулятора; постоянное напряжение, постоянный ток и комбинация постоянного напряжения / постоянного тока с интеллектуальной схемой зарядки или без нее.

Постоянное напряжение позволяет полному току зарядного устройства течь в батарею до тех пор, пока источник питания не достигнет заданного напряжения. Затем ток будет снижаться до минимального значения при достижении этого уровня напряжения. Аккумулятор можно оставить подключенным к зарядному устройству до тех пор, пока он не будет готов к использованию, и он будет оставаться при этом «плавающем напряжении», непрерывной подзарядке, чтобы компенсировать нормальный саморазряд аккумулятора.

Постоянный ток — это простая форма зарядки аккумуляторов с уровнем тока, установленным примерно на 10% от максимального номинала аккумулятора. Время зарядки относительно велико с тем недостатком, что аккумулятор может перегреться, если он перезаряжен, что приведет к преждевременной замене аккумулятора. Этот метод подходит для батарей типа Ni-MH. Батарея должна быть отключена, или функция таймера должна использоваться после зарядки.

Постоянное напряжение / постоянный ток (CVCC) — это комбинация двух вышеуказанных методов. Зарядное устройство ограничивает величину тока до предварительно установленного уровня, пока аккумулятор не достигнет предварительно установленного уровня напряжения. Затем ток уменьшается по мере того, как аккумулятор полностью заряжается. В свинцово-кислотных аккумуляторах используется метод заряда постоянным током и постоянным напряжением (CC / CV). Регулируемый ток увеличивает напряжение на клеммах до тех пор, пока не будет достигнут верхний предел напряжения заряда, после чего ток падает из-за насыщения.

В: Как напряжение и сила тока связаны со сроком службы батареи? В чем разница между батареями с одинаковым напряжением, но разной формы и размера? А что насчет конденсаторов?

Физик : Химические батареи используют пару химических реакций для перемещения зарядов с одного вывода на другой с фиксированным напряжением, обычно равным 1.5 вольт для большинства аккумуляторов можно купить в магазине (хотя есть и другие виды аккумуляторов). Химические вещества в батарее буквально снимают заряд с одной клеммы и передают заряд на другой. Как правило, чем больше площадь поверхности, на которой химические вещества должны заряжать и отводить заряд, тем больший ток может производить аккумулятор.

Лучший способ представить, как работает настоящая батарея, — это заменить батарею в цепи идеальным источником напряжения (который мы обычно называем батареями) и воображаемым резистором, называемым «внутренним сопротивлением» батареи.Внутреннее сопротивление можно использовать для описания того, почему батарея AA не может генерировать произвольное количество энергии; Чем больше ток вырабатывает аккумулятор, тем больше падает напряжение на внутреннем резисторе в соответствии с законом Ом (V = IR). Вы можете представить это как толкание тележки; если тележка не движется, вы действительно можете упереться в нее плечом, но по мере того, как тележка движется быстрее, прикладывать к ней силу становится все труднее и труднее.

Автомобильный аккумулятор вырабатывает только 12 вольт, что соответствует 8 обычным последовательным батареям. Это напряжение настолько низкое, что вы можете положить свои сухие руками на клеммы автомобильного аккумулятора и ничего не почувствовать (пожалуйста, не доверяйте мне настолько, чтобы попробовать это; я даже не доверяю мне достаточно, чтобы попробовать это). И все же внутреннее сопротивление настолько низкое, что если бы вы соединили клеммы с обычным проводом, ток в проводе был бы настолько высоким, что провод расплавился бы или взорвался.

Вы можете смоделировать процесс разрядки аккумулятора, увеличив внутреннее сопротивление. Почти разряженная батарея по-прежнему обеспечивает 1.5 вольт, но имеет очень высокое внутреннее сопротивление, так что даже небольшое количество тока обнуляет усиление по напряжению.

Напряжение на конденсаторе, с другой стороны, всегда пропорционально заряду, накопленному в данный момент в конденсаторе (это определение емкости). Вы можете думать о батарее, как о водяном насосе, всегда обеспечивающем одинаковое давление, а о конденсаторе как о водяном баллоне, давление увеличивается с увеличением количества воды в баллоне. Из-за этого намного легче измерить количество энергии в конденсаторе (если вы можете измерить напряжение на нем, вы можете сразу узнать энергию).Но поскольку напряжение, подаваемое конденсатором, резко меняется по мере его разряда, необходимы специальные адаптивные схемы для понижения напряжения до фиксированного согласованного уровня для питания устройства. В качестве альтернативы устройство можно заставить работать в широком диапазоне напряжений, но это обычно бывает сложнее.

Совсем недавно конденсаторы стали маленькими и достаточно мощными, чтобы хранить энергию наравне с химическими батареями. Несколько десятилетий назад инженеры-электрики разыграли новичка, попросив его зайти в заднюю комнату за конденсатором емкостью 1 Фарад, что в то время было нелепо.Бедняга вернется туда навсегда (инженеры-электрики думают, что они , так что смешно). Однако эта шутка исчерпала себя, потому что сегодня вы можете купить без рецепта конденсатор емкостью несколько тысяч Фарадов, который достаточно мал, чтобы поместиться в вашей руке (а они обладают отличным качеством)!

Итак, как правило, батареи имеют фиксированное напряжение, но:

большие или новые батареи, как правило, имеют низкое внутреннее сопротивление, поэтому они могут обеспечивать высокий ток

Маленькие или старые батареи

обычно имеют высокое внутреннее сопротивление, поэтому они не могут передавать большой ток

Расположение батарей и мощность | HowStuffWorks

Во многих устройствах, в которых используются батареи, таких как портативные радиоприемники и фонарики, вы не используете только одну ячейку за раз. Обычно вы группируете их вместе в последовательном порядке для увеличения напряжения или в параллельном для увеличения тока . На схеме показаны эти две схемы.

Верхняя диаграмма показывает параллельное расположение . Четыре батареи, включенные параллельно, вместе будут производить напряжение одного элемента, но подаваемый ими ток будет в четыре раза больше, чем у одного элемента. Ток — это скорость, с которой электрический заряд проходит через цепь, измеряется в амперах.Батареи измеряются в ампер-часах или, в случае небольших бытовых батарей, в миллиампер-часах (мАч). Типичный бытовой элемент, рассчитанный на 500 миллиампер-часов, должен обеспечивать ток 500 миллиампер на нагрузку в течение одного часа. Вы можете сократить количество миллиампер-часов разными способами. Батарея на 500 миллиампер-час может также производить 5 миллиампер в течение 100 часов, 10 миллиампер в течение 50 часов или, теоретически, 1000 миллиампер в течение 30 минут. Вообще говоря, батареи с более высокими значениями ампер-часов имеют большую емкость.

На нижнем рисунке изображена последовательность . Четыре батареи, соединенные последовательно, вместе будут производить ток одного элемента, но напряжение, которое они подают, будет в четыре раза больше, чем у одного элемента. Напряжение — это количество энергии на единицу заряда, которое измеряется в вольтах. В батарее напряжение определяет, насколько сильно электроны проталкиваются через цепь, так же как давление определяет, насколько сильно вода проталкивается через шланг. Большинство батареек AAA, AA, C и D имеют размер около 1.5 вольт.

Представьте, что батареи, показанные на диаграмме, рассчитаны на 1,5 вольта и 500 миллиампер-часов. Четыре батареи, подключенные параллельно, будут вырабатывать 1,5 вольта при 2000 миллиампер-часах. Четыре батареи, расположенные в ряд, будут вырабатывать 6 вольт при 500 миллиампер-часах.

Аккумуляторные технологии значительно продвинулись вперед со времен вольтова сваи. Эти разработки четко отражаются в нашем быстро меняющемся портативном мире, который больше, чем когда-либо, зависит от портативного источника питания, предоставляемого батареями.Можно только представить, что принесет следующее поколение меньших, более мощных и долговечных батарей.

Для получения дополнительной информации о батареях и связанных темах перейдите по ссылкам ниже.

Часто задаваемые вопросы о батареях

Что такое энергия батареи?

Энергия в батарее выражается в ватт-часах (символ Wh), которые представляют собой напряжение (В), которое обеспечивает батарея, умноженное на то, какой ток (А) она может обеспечить в течение заданного количества времени (обычно в часах). ).

Какие бывают типы батарей?

Обычный химический состав (или типы) батарей включает: цинково-угольные, щелочные, литий-ионные (перезаряжаемые) и свинцово-кислотные (также перезаряжаемые).Исследователи также в настоящее время разрабатывают «воздушную» батарею, в которой электроды будут состоять из лития и кислорода из воздуха.

Сколько стоит автомобильный аккумулятор?

Ожидайте, что вы заплатите от 50 до 120 долларов за типичный автомобильный аккумулятор и от 90 до 200 долларов или больше за аккумулятор с более длительной гарантией, лучшими характеристиками в холодную погоду или за использование в роскошном автомобиле.

Какой источник энергии у аккумулятора?

Батареи вырабатывают энергию в результате электрохимической реакции. Проще говоря, реакция на аноде создает электроны, а реакция на катоде их поглощает.Чистый продукт — электричество.

Какого типа бывают аккумуляторные батареи?

Наиболее распространенными перезаряжаемыми батареями на рынке являются литий-ионные (LiOn), хотя никель-металлогидридные (NiMH) и никель-кадмиевые (NiCd) батареи также были довольно распространены.

Первоначально опубликовано: 1 апреля 2000 г.

Статьи по теме

Дополнительные ссылки

Источники

• Американское химическое общество. «История батареи». Национальные исторические химические достопримечательности.2005. (23 июня 2011 г.) http://acswebcontent.acs.org/landmarks/drycell/history.html
• «Батареи». Введение в физические вычисления, Нью-Йоркский университет. 19 апреля 2011 г. (23 июня 2011 г.) http://itp.nyu.edu/physcomp/Notes/Batteries
• Брэнд, Майк, Шеннон Нивс и Эмили Смит. «Музей электричества и магнетизма». Национальная лаборатория сильного магнитного поля. 2011 г. (25 июня 2011 г.) http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/museum/index.html
• Buckle, Kenneth. «Как аккумуляторы хранят и разряжают электричество?» Scientific American.29 мая 2006 г. (23 июня 2011 г.) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-do-batteries-store-an
• CalRecycle. «Аккумуляторы и зарядные устройства: личная перспектива». 9 сентября 2009 г. (25 июня 2011 г.) http://www.calrecycle.ca.gov/ReduceWaste/power/rechbattinfo.htm
• Энергетическая комиссия Калифорнии. «Лимонная сила». 2006. (22 июня 2011 г.) http://www.energyquest.ca.gov/projects/lemon.html
• Койн, Кристен Элиза. «Интерактивные учебники». Национальная лаборатория сильного магнитного поля.2011. (23 июня 2011 г.) http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/index.html
• Дэвидсон, Майкл В. «Электричество и магнетизм: батареи». 28 января 2003 г. (22 июня 2011 г.) http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/electricity/batteries/index.html
• Decker, Franco. «Вольта и« куча »». Энциклопедия электрохимии. Январь 2005 г. (23 июня 2011 г.) http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-v01-volta.htm
• Duracell. «Энергетическое образование». 2010. (23 июня 2011 г.) http: // www.duracell.com.au/en-AU/power-education/index.jspx
• Energizer. «Центр обучения.» 2011. (22 июня 2011 г.) http://www.energizer.com/learning-center/Pages/facts-history-care.aspx
• Агентство по охране окружающей среды. «Батареи». 1 декабря 2010 г. (22 июня 2011 г.) http://www.epa.gov/osw/conserve/materials/battery. htm
• Frood, Arran. «Загадка« Багдадских батарей »». BBC News. 27 февраля 2003 г. (23 июня 2011 г.) http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/2804257.stm
• GreenBatteries.«Информация об экологически чистых аккумуляторных батареях». 2011 г. (25 июня 2011 г.) http://www.greenbatteries.com/faqs.html
• Общественное телевидение Айдахо. «Факты об электричестве». 2011 г. (25 июня 2011 г.) http://idahoptv.org/dialogue4kids/season6/electricity/facts.cfm
• Iggulden, Hal. «Опасная книга для мальчиков». Нью-Йорк: HarperCollins Publishers, Inc., 2007.
• Komando, Kim. «Узнайте, как увеличить производительность батареи». USA Today. 7 августа 2005 г. (25 июня 2011 г.) http: // www.usatoday.com/tech/columnist/kimkomando/2005-08-07-battery-life_x.htm
• Манджу, Фархад. «Лучшие батареи спасут мир». Шифер. 21 июня 2011 г. (23 июня 2011 г.) http://www.slate.com/id/2297125/
• Рахим, Сакиб. «Спасет ли литий-воздушная батарея водителей электромобилей от« беспокойства о дальности полета »?» The New York Times. 7 мая 2010 г. (22 июня 2011 г.) http://www.nytimes.com/cwire/2010/05/07/07climatewire-will-lithium-air-battery-rescue-electric-car-37498.html?pagewanted = 1
• Сэвидж, Нил.«Батареи, которые дышат». DiscoveryNews. 8 февраля 2011 г. (22 июня 2011 г.) http://news.discovery.com/tech/batteries-that-breathe-110208.html
• Гавайский университет HAM Club. «Батареи в фактах и ​​вымыслах». Август 1999 г. (22 июня 2011 г.) http://www.chem.hawaii.edu/uham/bat.html

Общие сведения об аккумуляторах и зарядке аккумуляторов

Общие сведения о аккумуляторах и зарядке аккумуляторов

Для любой солнечной установки, понимание аккумуляторов и то, как мы можем использовать их в автономной или автономной системе, не так сложно, как вы думаете.В наши дни мы используем батареи практически в каждом электрическом устройстве, чтобы приводить в действие наши телефоны, ноутбуки, пульты дистанционного управления, лампы или другое подобное портативное оборудование, и для этого существует удивительный диапазон типов и размеров батарей, так почему бы не использовать батареи для этого? приводить в действие наши дома.

Батареи накапливают электрическую энергию на своих внутренних пластинах в виде химического заряда, и после полной зарядки идеальная батарея может хранить эту потенциальную энергию неограниченно долго, пока не будет высвобождена через внешнюю подключенную нагрузку.

Однако батареи не идеальны, и из-за внутренних токов утечки или паразитных нагрузок батареи будут медленно разряжаться, когда они не используются, но до тех пор они могут накапливать электрическую энергию в течение очень длительных периодов времени. Тогда мы можем сказать, что аккумулятор — это устройство для хранения энергии, способное накапливать и производить электричество до тех пор, пока оно не понадобится.

Электрическая энергия в форме источника постоянного тока создается аккумулятором в результате химической реакции, которая происходит между двумя металлическими пластинами, одна из которых называется положительным электродом , а другая — отрицательным электродом , который оба погружены в химический раствор, называемый электролитом .

Типичная батарея глубокого разряда

Этот электролитический раствор можно классифицировать как «сухой», например, в виде порошка лития, как в стандартной батарее AA, или «мокрый», как жидкий, как в батарее свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор. В любом случае комбинация двух разных электродов, помещенных в электролит, образует основу одной аккумуляторной батареи.

Батареи образуют два основных типа: первичные батареи и вторичные батареи .Первичные батареи обычно используются один раз и выбрасываются от маленьких плоских батарей на 1,5 В и циклических батарей типа AA и AAA до более крупных квадратных 9,0 В PP3 и батарей с пружинными клеммами.

Первичная батарея не заряжается. Тем не менее, вторичные батареи — это батареи перезаряжаемого типа, от небольших батареек типа AA для пульта дистанционного управления от телевизора до аккумуляторных батарей для ваших электроинструментов и автомобильных аккумуляторов и до более крупных аккумуляторов глубокого цикла, используемых для электромобилей и питающих домашние электрические нагрузки в течение ночи.

Тип необходимой батареи зависит от области применения и требований к разряду мощности, и это также верно для систем с солнечными батареями. Нет смысла покупать аккумулятор одного типа, потому что он дешев, если разряжается всего через час использования.

Тогда номинальная емкость аккумулятора в ампер-часах (Ач) является важной характеристикой для понимания емкости аккумулятора и величины электрического тока, который он может подавать в течение определенного периода времени, прежде чем потребуется подзарядка.

Последовательное подключение аккумуляторов

Отдельные аккумуляторы подключаются друг к другу «последовательно» для увеличения выходного напряжения на клеммах, сохраняя при этом номинальную мощность в ампер-часах такой же, как для одиночной батареи. Отрицательная (-ve) клемма первой батареи подключена непосредственно к положительной (+ ve) клемме второй батареи и так далее, как показано.

Батареи, подключенные в серию

Понять батареи, подключенные в последовательную цепочку, довольно просто, вы просто складываете их напряжения вместе.В показанном примере две 12-вольтовые батареи соединены вместе, а четыре 6-вольтовые батареи соединены вместе в последовательную цепочку, чтобы создать систему на 24 вольта. Соединяя больше батарей вместе, можно создать цепочки с более высоким напряжением 36 В или 48 В путем сложения напряжения каждой батареи, чтобы получить общее выходное напряжение.

Для последовательно соединенных батарей в идеале все батареи должны быть одного номинала в ампер-часах (Ач), марки или возраста, поскольку каждая батарея будет получать одинаковое количество тока при перезарядке, поэтому емкость батарей в разных Последовательная цепочка может привести к перезарядке батарей с более низким номиналом, в то время как батареи с более высоким номиналом могут остаться недозаряженными.

Также помните, что для последовательно соединенных батарей максимальный выходной ток будет определяться батареей с наименьшим номиналом в ампер-часах в цепочке. Например, если у вас есть четыре батареи на 100 Ач и одна батарея на 80 Ач, батарея на 80 Ач управляет последовательной цепочкой, поэтому подключите батареи с умом.

Таким образом, для батарей, соединенных последовательно, напряжение увеличивается, но ток остается прежним. Поскольку мощность (P) рассчитывается как сумма напряжения (В), умноженного на ток (I) (P = V * I в ваттах), то увеличение последовательного напряжения при неизменном токе увеличивает доступную мощность и в примере выше доступная мощность батареи определяется как: 24 В x 100 Ач = 2400 Втч или 2.4kWhr

Хотя мы говорим о «батареях» как об одном источнике постоянного тока, сами батареи состоят из нескольких отдельных «электромеханических ячеек», соединенных последовательно в одном пластиковом корпусе. Каждая ячейка сама по себе производит примерно 2 вольта, поэтому, если напряжение на клеммах типичной свинцово-кислотной батареи глубокого цикла составляет 12 вольт, она будет состоять из шести отдельных ячеек. Точно так же 24-вольтовая батарея имеет двенадцать 2-вольтовых элементов, а 6-вольтовая батарея — только три 2-вольтовых элемента.

Параллельное подключение аккумуляторов

Отдельные аккумуляторы подключаются вместе «параллельно» для увеличения выходного тока или накопительной емкости в ампер-часах, в то время как выходное напряжение на клеммах остается таким же, как для одиночной батареи.Для параллельно подключенных батарей все положительные (+ ve) клеммы каждой батареи соединены вместе, и все отрицательные отрицательные клеммы каждой батареи также соединены вместе, как показано.

Батареи, подключенные параллельно

Батареи, подключенные параллельно, увеличивают номинальный ток в ампер-часах, который является суммой суммированных емкостей аккумуляторов, но выходное напряжение на клеммах остается таким же, как номинальное напряжение одной отдельной батареи.

Таким образом, в показанном выше примере две батареи на 12 В, соединенные вместе, будут давать 200 Ач, в то время как четыре батареи на 6 В, соединенные вместе параллельно, будут давать выходную емкость 400 Ач.Таким образом, при параллельном подключении большего количества батарей можно получить более высокую емкость в ампер-часах при том же выходном напряжении.

Вы можете подумать, что соединение батарей в параллельные ветви даст больше доступной мощности, но это не всегда так. Часть понимания батарей — это знание того, как соединить их вместе, чтобы получить желаемую выходную мощность. В приведенном выше примере мощность аккумулятора, доступная на первом изображении, составляет: 12 В x 200 Ач = 2400 Втч или 2,4 кВтч, а для второго изображения: P = 6 В x 400 Ач = 2400 Втч или 2.4кВтч, то же самое.

Для параллельно подключенных батарей важно, чтобы они имели одинаковое номинальное напряжение и очень близкие номинальные значения тока в ампер-часах. Это связано с тем, что, хотя они будут получать одно и то же зарядное напряжение, зарядный ток каждой батареи будет незначительно изменяться до тех пор, пока не будет достигнуто выравнивание блока батарей. И последнее: чем больше у вас параллельно подключенных батарей, тем больше может быть емкость, но тем больше времени потребуется для их полной зарядки.

Батареи в комбинации последовательно / параллельно

Мы видели выше, что при последовательном соединении батарей доступное напряжение представляет собой сумму напряжений батарей, сложенных вместе, а при параллельном соединении общая доступная емкость в ампер-часах представляет собой сумму емкостей отдельных батарей в ампер-часах.

Но есть много разных способов соединения групп батарей, как последовательными, так и параллельными комбинациями, чтобы получить множество различных напряжений и емкостей в ампер-часах, особенно для домашних солнечных систем, в которых используются батареи глубокого цикла.Таким образом, автономные аккумуляторные батареи нередко имеют напряжение на клеммах в несколько сотен вольт и общую емкость в несколько сотен ампер-часов для питания всего дома в течение многих унылых дней или в течение ночи.

Аккумуляторы, подключенные параллельно

Аккумуляторные батареи глубокого цикла для использования в домашних условиях, а также те, которые в настоящее время устанавливаются в гибридных и электрических транспортных средствах (электромобилях), обычно состоят из отдельных аккумуляторных модулей и элементов, расположенных последовательно и параллельно для питания не только требуемое выходное напряжение системы, но максимальный объем накопительной емкости, доступный между подзарядкой аккумулятора.

Общие сведения об аккумуляторах — разрядка

Понятие аккумуляторов также означает понимание их состояния заряда и того, когда необходимо их перезарядить. Когда батарея подключена к внешней нагрузке, такой как фонари, насосы, инверторы и т. Д., Химическая энергия, хранящаяся в батарее, превращается в электрическую, в результате чего электрический постоянный ток течет из батареи в подключенную внешнюю цепь. Таким образом, при разряде батарея превращает химическую энергию в электрическую.

Если батарея подключена к нагрузке в течение достаточно длительного периода времени, энергия, запасенная в батарее, постепенно уменьшается и в конечном итоге прекращается, поскольку элементы батареи теряют способность генерировать напряжение. На этом этапе вся химическая энергия, содержащаяся или «хранящаяся» в растворе электролита батареи, была преобразована в электрическую энергию. Время, которое это займет, очевидно, будет сильно зависеть от подключенной нагрузки, а также от емкости в ампер-часах и емкости аккумуляторных элементов.

Итак, как мы узнаем, в каком состоянии батарея, и полностью ли она заряжена или разряжена. Очевидно, что существует множество различных типов аккумуляторов для использования в системах хранения возобновляемой энергии, от свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким или жидким электролитом, до аккумуляторов AGM (Absorbed Glass Mat) и гелевых аккумуляторов и до новых литий-ионных (литий-ионных) элементов, используемых в электромобили (электромобили). Таким образом, один из простых способов узнать состояние аккумулятора или элемента — это измерить его State of Charge .

Состояние заряда (SOC) батареи или элемента дает доступную емкость (в Ач) элемента в процентах от его общей номинальной емкости.Это делается путем измерения удельного веса (SG) электролита (аккумуляторной кислоты) в каждом элементе аккумуляторной батареи. Поскольку существует линейная зависимость между напряжением на клеммах разомкнутой цепи аккумуляторных элементов (V _OC ) и его состоянием заряда, измеряя напряжение аккумулятора с помощью только мультиметра, мы можем определить его состояние заряда. Таким образом, понимая состояние батарей.

Оценка состояния заряда батареи в любое время определяется: SOC = (оставшаяся в батарее емкость в ампер-часах) / (номинальная емкость А · ч), и на основе этого мы можем создать таблицу SOC, как показано.

Состояние заряда аккумулятора 12 В Состояние

0 906 906 906 906

Напряжение холостого хода	Состояние заряда
12,65 В	100%
12,58 В
80%
12.48V	70%
12.40V	60%
12.32V	50%
12.24V 40659 9065%	10 В	30%
11,90 В	20%
11,70 В	10%
11,30 В	0%

Другими словами, если состояние заряда полностью заряженной аккумуляторной батареи составляет 100% (SOC = 100%) и 0% при полной разрядке (SOC = 0%), соответственно. Так, например, батарея на 300 ампер-часов при уровне заряда 70% будет содержать 210 ампер-часов накопленной энергии, а при 50% -ном уровне заряда та же самая батарея будет содержать 150 ампер-часов и так далее.

Тогда SOC батареи в любой момент можно легко определить, зная V _OC батареи с помощью чего-то вроде этого тестера оптимального состояния заряда, способного дать вам точные измерения.

Таким образом, мы можем видеть из таблицы, что напряжение холостого хода для полностью заряженной свинцово-кислотной батареи 12 В составляет примерно 12,7 В, что соответствует 100% SOC, и падает примерно до 11,3 В, SOC 0% при полной разрядке. .

Следует избегать полной разрядки свинцово-кислотной батареи до этого уровня, поскольку это может привести к необратимому повреждению батареи из-за сульфирования электродных пластин.Для обеспечения хорошей производительности и долговечности аккумулятора обычно рекомендуется уровень заряда не менее 30% от оставшейся емкости.

Общие сведения об аккумуляторах — зарядка

Сведения о состоянии заряда аккумуляторов — это быстрый и простой способ определения состояния аккумулятора путем простого измерения напряжения на его разомкнутой клемме и, если требуется, для зарядки. Заряд элемента или всей батареи фактически является обратным процессу разряда, поскольку электрическая энергия преобразуется в химическую энергию, которую батарея сохраняет до тех пор, пока она не понадобится.

Вторичные батареи можно заряжать с помощью различных контроллеров заряда, подключенных к электросети, резервных генераторов, ветряных турбин или используя бесплатную электроэнергию, вырабатываемую фотоэлектрическими панелями, то есть «солнечными панелями», при прямом воздействии Солнечный свет. В любом случае, чтобы использовать электрическую энергию для подзарядки аккумуляторов, он должен пройти через контроллер заряда напряжения.

Количество, мощность или количество фотоэлектрических панелей, необходимых для достаточной зарядки одной батареи или взаимосвязанного блока батарей, будет зависеть от количества и номинальной мощности используемых батарей.

В автономных системах выходное напряжение фотоэлектрической (PV) массива должно совпадать с напряжением накопительной емкости батареи, и из этого может быть выбран соответствующий контроллер заряда, чтобы гарантировать, что контроллер заряда подает соответствующее количество заряда, когда это необходимо. и не будет перезаряжать батареи.

Основная задача контроллера заряда заключается в защите аккумуляторов от перезарядки, предотвращении нежелательной разрядки или разрядки глубокого цикла, а также предоставлении информации о состоянии заряда аккумуляторов, и для этого доступны три основных типа контроллеров заряда: , Шунтирующие (параллельные контроллеры) и контроллеры максимальной мощности (MPP).У каждого есть свои преимущества и недостатки.

Иногда контроллер заряда может не понадобиться, например, если аккумулятор постоянно используется и разряжается, или если вы используете саморегулирующиеся солнечные панели малой мощности для зарядки одноразового или мелкоциклового аккумулятора для кемпинга, пеших прогулок или выезды на места и т. д.

Батареи для систем возобновляемой энергии — это так называемые батареи «глубокого цикла», которые могут выдерживать периоды длительных или непрерывных циклов разряда и многократных перезарядок.Они работают с высокой эффективностью и длительным сроком службы. Но сколько глубоких циклов может выдержать аккумулятор глубокого разряда.

Общие сведения об аккумуляторах Сводка

Понятие аккумуляторов означает понимание характеристик имеющихся у вас аккумуляторов. Как правило, срок службы аккумулятора зависит не только от количества циклов зарядки, но и от глубины цикла разрядки. Количество глубоких циклов, которые может выдержать аккумулятор, сильно различается от производителя к производителю, а также от марки, модели и температуры хранения аккумулятора или аккумуляторов, но диапазон от 1000 до 1200 циклов зарядки не является редкостью.

Очевидно, свинцово-кислотные аккумуляторы, у которых цикл зарядки составляет только 60 или 70% глубины заряда, прослужат дольше, чем аккумуляторы, разряженные до 10 или 20% емкости аккумулятора. Батарея или банк, которые были разряжены до уровня заряда ниже 20%, называются «глубоко зацикленными». Аккумуляторные батареи глубокого цикла, которые содержатся в хорошем состоянии, с мелким циклом с пониженной емкостью, составляющей менее 10% энергии аккумулятора за цикл, и должным образом перезаряжаемые с помощью подходящего контроллера заряда, могут прослужить до 10 лет и более.

Чтобы узнать больше об аккумуляторах глубокого разряда, зарядке аккумуляторов и доступных устройствах контроля заряда аккумулятора, или просто изучить преимущества и недостатки систем накопления энергии для более подробного понимания аккумуляторов.

Какими бы ни были причины, если вы уже серьезно об этом думали, но, возможно, не знаете, как определить целесообразность использования фотоэлектрической энергии и аккумуляторов для автономного проживания, нажмите здесь, чтобы заказать копию на Amazon сегодня чтобы дать вам более полное представление об аккумуляторах .

Самые продаваемые товары, связанные с аккумуляторами

.