Аккумуляторы в современных приборах сообщение

Обновлено: 02.07.2024

Аккумулятор – накопитель энергии, который может впитывать энергию в себя, и при необходимости отдавать другим приборам. Правда, часть питания просто улетучиваться, но эту проблему никак не исправишь, так устроен источник. Благодаря ему энергия стала мобильной, транспортабельной.

Самый первый опыт был произведен в XIX веке, ученых звали В. Петров и И. Риттер. Они попробовали создать накопитель и дали другим идею на то чтобы закончить их работу. В 1900 году, известный на весь мир, Эдисон изобрел самый первый аккумулятор шеллачного типа, который получил большое применение в жизни людей.

Источник энергии применяется для автомобилей и прочей электронной технике. Одни из самых популярных являются свинцовые пластины. Они повышают энергоподачу и при этом служат довольно долго, если сравнивать с другими. Также существуют аккумуляторы: пневматические, с кислотным электролитом, гидравлические. Все они широко используются людьми в машинах и различных видах техники.

В промышленности чаще всего ставят тепловые аккумуляторы. Их особенность заключается в том, что они выравнивают силовую и тепловую нагрузку на прибор. Именно с помощью их ездят современные электромашины, троллейбусы, железнодорожный транспорт.

В быту накопители используются даже чаще. Почти все приборы, что нас окружают, имеют источник. Источники встроены в устройства: ноутбуки, нетбуки, смартфоны, мобильные телефоны. При этом они не занимают много места и дают достаточно энергии на несколько дней пользования.

Во всех зданиях они играют неотъемлемую роль в аварийном освещении. Если по какой-то причине выключиться свет, то аккумулятор может дать его на некоторое время. Тем самым дать работникам устранить неполадку.

Аккумуляторы играю важную роль в жизни человека. Они окружают нас повсюду: на улице, на роботе, дома. Люди настолько привыкли к ним, что уже не смогут отказаться. Ученые разрабатывают новые модели, лучше предыдущих вариантов. Они увеличивают емкость энергии, которая может поместиться внутрь, уменьшают размер, что придает больше мобильности.

Вариант 2

В настоящее время человечество использует различные приборы и машины для того, чтобы облегчить свою жизнь. Встретить подобную технику можно везде. Автомобили, стиральные машины, телевизоры и даже Интернет – все это можно отнести к данным приспособлениям, без которых жизнь уже не представляется. Аккумуляторы также являются частью нашего быта. Но из чего они состоят? И где применяются?

Краткое описание и строение аккумуляторов.

Аккумулятор – это источник электрической энергии, используемый много раз. Как правило, его используют для питания электротехники. Данное создание появилось в 1803 году. Все благодаря немцу Иоганну Риттеру. Его прототип представлял собой 50 кружков, сделанных из меди и расположенных в столб. Между этими кружками находилось намоченное сукно. После каждого пропускания тока это сооружение вело себя как источник электрической энергии. Современные аккумуляторы работают на основе химии. Суть в том, что направление тока при заряде противоположно пути при разряде. Работу явления можно показать на формулах двух реакций:

1) Pb + SO₄ 2- - 2e - = PbSO₄ – анод случайного прибора.

2) PbO₂ + SO₄ 2- + 4H + +2e - = PbSO₄ + 2H₂O – катод случайного прибора.

У аккумуляторов разные характеристики. Например, разные способы заряда. К сведению, их 4 вида: медленный и постоянный, быстрый, ускоренный и реверсивный. Еще стоит учитывать емкость самих аккумуляторов, плотность электроэнергии, температуру и, собственно, типы аккумуляторов. Их очень много, точно не сосчитать. Известны около 35 типов аккумуляторов, и все они различные.

Применение аккумуляторов и самые известные типы.

Как правило, людьми используются вот эти типы: свинцово – кислотные, никель – кадмиевые, никель – металл – гидридные, литий – ионные, литий – полимерные и никель – цинковые. Использование такое же распространение, как и сами аккумуляторы. Самое широкое применение аккумуляторов – это транспорты. Но это не все. Еще аккумуляторы используют как аварийный источник энергии и замену гальванического элемента. Естественно, нельзя было не упомянуть мобильные телефоны, причем, используют аккумуляторы и в смартфонах, и в старых кнопочных телефонах. Также аккумуляторы используют для работы некоторых строительных инструментов, работающие на электричестве. Последнее, где используют аккумуляторы – это медицина.

Применение аккумулятора

Несколько интересных сочинений

Карамзин своими повестями в нес большой вклад в развитие русской литературы, в том числе и прозы. Он решился применить новые приемы в повествовательной прозы. Он отказался от традиционных сюжетов произведений взятых

Главным персонажем произведения является некий господин Н.Н., от имени которого ведется повествование. Образ главного героя раскрывается писателем через историю его взаимоотношений с девушкой Асей.

Что же такое общение? Я думаю, что общение - установление контакта с людьми. Человеку, по моему мнению, жизненно необходимо общаться с другими людьми

Хлеб – это символ достатка и благополучия, этот продукт мы каждый день видим у себя на столе. Но мало кто задумывался, какой же долгий и тернистый путь он проходит, прежде чем попасть к нам в дом

Доклад о применении аккумуляторов

Что такое аккумулятор?

Аккумулятор – это химический накопитель энергии, благодаря его определенным реакциям он способен накапливать в себе энергию и выдавать ее обратно по мене необходимости в результате химических реакций. Хотя большая часть энергии во время этих реакций теряется, но ничего с этим поделать нельзя. После изобретения аккумулятора энергия стала более мобильной. Например, телефонный аккумулятор хоть и маленького размера, но прекрасно удерживает энергию для ее беспечного использования.

Опыт по созданию аккумулятора впервые был проведен в первые годы XIX века такими учеными как Петров и Риттер. Вклад в изучение их свойств, совершенствование и разработку конструкции внесли Ленц, Лачинов, Тверитинов, Бенардос, Яблочков, Гров, Планте. В 1900 году Эдисон изобрел аккумулятор щелочного типа, получивший широкое распространение.

Применение аккумуляторов +в жизни человека весьма популярное явление – без них уже сложно представить свое существование. Взять хотя бы мобильный телефон, которым пользуются сегодня абсолютно все на планете. Поскольку с каждым годом прогресс идет вперед, то и объемы производства растут вместе с ним. В докладе мы постараемся обозначить основные сферы применения аккумуляторов.

Применение аккумуляторов в технике

Аккумуляторы широко применяются для авто и других видов техники. Особенно популярны свинцовые пластины на накопителях, так как они улучшают энергоподачу и служат довольно долго. В автомашинах приоритетным являются аккумуляторы с кислотным электролитом. Также в технике используются гидравлические или пневматические накопители.

На промышленных предприятиях устанавливаются тепловые аккумуляторы для выравнивания силовой и тепловой нагрузки у техники. Благодаря им ездят троллейбусы, железнодорожные вагоны, электрокары. Аккумуляторные батареи оснащают штабелеры и погрузчики.

Применение аккумуляторов в быту

В быту аккумуляторы применяются не реже и тоже большей частью в технике, которой пользуется человек. Накопители встроены в портативные устройства: нетубуки, ноутбуки, смартфоны и мобильные телефоны. Также они используются для аварийного освещения помещения в том случае, когда внезапно отключается свет.

Как видите, аккумуляторы являются неотъемлемой частью нашей жизни. Они везде, под капотом Вашей машины, на Вашем рабочем месте и дома.

Надеемся, что доклад о применении аккумуляторов краткопомог Вам узнать много полезной информации. Дополнить доклад о применение аккумуляторов 8 класс может через форму комментариев ниже.

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

Введение

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

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

Аккумуляторные батареи, используемые в торговом оборудовании , бывают разные. Очень полезно знать, какие типы аккумуляторов используются в современных устройствах. От типа батареи зависит срок жизни самого устройства (т.к. часто заменить батарейку бывает дороже, чем купить новое устройство) и его удобства (например, если использовать кислотно-свинцовые аккумуляторы, то говорить о портативности такого оборудования можно весьма условно, больно уж тяжелый аккумулятор будет). Кроме того, от типа аккумуляторной батареи зависит её ремонтопригодность и особенности эксплуатации.

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

Наше видео про аккумуляторы

Как работает аккумулятор

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

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

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

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

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

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

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

Как заряжается и разряжается аккумулятор

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

Когда аккумулятор заряжается , он аккумулирует в себе электроны, передаваемые ему источником. Эти электроны доставляются до него электрическим полем прямиком от источника (в простонародье - от зарядника) и запасаются внутри аккумулятора. Но где же они запасаются? Они располагаются на электродах . Правда это не так просто, как хотелось бы. Без вспомогательного вещества, расположенного между обкладками аккумулятора, просто разместить частички было бы невозможно. В дело вступает электролит, расположенный между обкладками аккумулятора . В данном случае, электролитом тут является серная кислота с водой. Это самый простой вариант аккумулятора.

На схеме приведены процессы зарядки (а) и разрядки (б) кислотно-свинцового аккумулятора. Когда электрический ток проходит через электролит, на обкладках, в результате химической реакции "образуется" PbSO4, когда аккумулятор разряжается всё происходит в обратном порядке. Носителем ионов является электролит между пластинами. Ну а дальше, просто остается менять направления протекания электронов через эту цепь. Если аккумулятор заряжается, то образуется PbSO4, если разряжается - он пропадает.

Вы можете сказать, что в современной технике используются совершенно другие аккумуляторы, обладающие отличающейся химией . Но логика работы всегда сохраняется одна и та же. Частички от зарядника поступают в раствор, благодаря взаимодействию с электронами происходит образование ионов и они аккумулируются на противоположных по знаку пластинах. Значит, появляются условия для образования электрического тока .

Какие типы аккумуляторов существуют

Логика работы у всех аккумуляторов примерно одинаковая вне зависимости от их химии . Всегда мы будем иметь раствор электролита в твердом или жидком виде, электроды и корпус, в котором всё это собрано. Но у каждого типа аккумулятора есть некоторые специфические особенности. Давайте рассмотрим наиболее часто встречающиеся типы аккумуляторных батарей .

Кислотно-свинцовые аккумуляторы

Один из самых "древних" типов аккумуляторных батарей. Обладает высокой выносливостью и способен работать практически при любых условиях эксплуатации . Одинаково успешно и без потери емкости работает при любых температурах с совершенно незначительной просадкой. Может отдавать огромные (по меркам других моделей) разрядные токи и имеет солидную емкость. Но, между тем, в современном торговом оборудовании практически не используется .

Причина тут простая - это огромная масса самой батареи. Если мы с вами хотим запитать автономное стационарное устройство, то такой аккумулятор будет неплох. Но если же нам нужно использовать аккумулятор в портативном устройстве, то эта химия вряд ли подойдет. Правда до тех пор, пока не появились более совершенные варианты батарей, довольно успешно использовались и кислотно-свинцовые аккумуляторы.

Литий-ионный аккумулятор

Большая часть сканеров штрих кода и кассового оборудования сегодня используют именно этот тип аккумуляторов. И не удивительно. Литий-ионный аккумулятор зарекомендовал себя с самой лучшей стороны - он относительно быстро заряжается, имеет небольшую массу (что делает его пригодным для использования в портативном торговом оборудовании - терминалах сбора данных и т.п.), имеет высокие занчения кпд и приемлемую емкость. Скорость зарядки довольно высокая. На данный момент эта технология получила наибольшее распространение, ну а соответственно и портативное торговое оборудование работает именно на этой "химии".

Правда не лишены эти аккумуляторы и минусов . Они очень капризны и плохо реагируют на работу в агрессивных условиях. Зимой они теряют значительную часть емкости, а заряжать холодный аккумулятор и вовсе нельзя, так как это чревато его поломкой и полным выходом из строя. Заряжать аккумулятор можно только специальной системой, оснащенной платой BMS. Иногда она бывает встроенной в банку аккумулятора, а иногда необходимо устанавливать её отдельно.

Именно капризность этого типа батареек приводит к тому, что сканер не включается или ТСД не показывает логотип фирмы, или касса не работает в автономном режиме. Ломаются аккумуляторы литий-ион неожиданно и безвозвратно . Если кислотно-свинцовая батарея сначала начнет хандрить и потеряет львиную долю емкости, то литий-ион не будет показывать такие симптомы. Он просто будет отрубаться. Во многом это следствие работы системы BMS, которая не позволяет нагрузке окончательно добиться элемент батареи.

Никель-кадмиевый аккумулятор

Этот тип аккумуляторов знаком нам по активному их использованию в фотоаппаратах, плеерах, шурповертах и других развлекательных и хозяйственно-бытовых технических устройствах. Отличается он довольно ядреной дуропрочностью и практически не убиваемый. Однако, токоотдача этого элемента остается желать лучшего. Именно поэтому, многие современные устройства, например те же портативные кассы или терминалы сбора данных работают на литиевых аккумуляторах. Никель-кадмиевые же аккумуляторы так и остались уделом шуруповертов и портативных полировалок.

Есть у аккумуляторов этой химии одна великолепная особенность. Такие аккумуляторы имеют возможность восстанавливаться . Несмотря на то, что и кислотно-свинцовые аккумуляторы тоже можно восстановить и сделать десульфацию, но никель-кадмиевые аккумуляторы регенерируются очень просто с одной только зарядкой, работающей в специальном режиме. Правда, само собой, если срок жизни аккумулятора вышел или израсходован ресурс разрядов-зарядов, то никакое восстановление не поможет. Однако, если аккумулятор пролежал в разряженном состоянии десять лет, то есть все шансы его оживить.

Близкий родственник этой химии - это металл-ангидридные аккумуляторы . Они тоже весьма хороший, но являются ближайшими братьями кадмиевых. В торговом оборудовании основное применение находили именно никель-кадмиевые батареи.

Литий-полимерный аккумулятор

Есть ещё один вариант химии аккумулятор, которые встречаются в торговом оборудовании. Одно время такие аккумуляторы устанавливали на терминалы сбора данных и на портативные кассы. Это литий-полимерные аккумуляторы.

У аккумуляторов этого типа есть одна важная особенность. При неправильной эксплуатации эти аккумуляторы могут самовозгораться или даже взрываться . Само собой, речь идёт только о неправильной эксплуатации. Но пользователь далеко не всегда знает, что аккумулятор используется неправильно. Например, от воздействия агрессивной внешней среды, этот тип аккумулятора может вздуваться. После этого батарея уже работает неправильно и в аварийном режиме. Если этот момент не заметить, а заметить его будет сложно, если аккумулятор запрятан, например, в корпусе кассовой машины, то при избыточном заряде или разряде такой аккумулятор может бахнуть.

Если же вернуться к техническим особенностям этого аккумулятора, то они довольно надежны, имеют высокую емкость и могут заряжаться гораздо быстрее, чем литий-ионные аккумуляторы. В целом, полимеры более капризные, но при аккуратном использовании способны продемонстрировать гораздо более высокие показатели, чем остальные варианты.

В торговом оборудовании на данный момент практически не используются из-за их высокой стоимости и капризного нрава.

Важнейшие характеристики аккумулятора

Для подбора нового аккумулятора для сканера или кассы, нужно уметь "читать" его характеристики. У каждого аккумулятора есть:

Рабочее напряжение - измеряется в Вольтах и всегда приводится на корпусе любой аккумуляторной батареи. При подборе батареи обратите внимание на ваш потребитель (то устройство, которое надо запитать) и выберите рабочее напряжение, эквивалентное этому параметру. Превышать показатели нельзя, поскольку если подключить сканер, работающий при 4 Вольтах, запитать на 2 Вольт, то скорее всего, он погибнет и сгорит.
Ток максимального разряда - измеряется в Амперах и важен для живучести аккумулятора
Емкость - измеряется в ампер-часах или в милли-ампер часах. Показывает, сколько аккумулятор может отдавать указанный ток. Когда вы выбираете новый аккумулятор, значение должно быть таким же, как у старой батареи или быть выше (что лучше)
Вес, размер, габариты - ну это совсем очевидные характеристики. Просто помните, что аккумулятор должен подойти к вашей системе физически.

Какова конструкция аккумулятора

Все аккумуляторные батареи имеют примерно схожую конструкцию. Вне зависимости от химии логика работы остается примерно одинаковой.

Для начала отметим, что батарея может быть снабжена системой BMS или не снабжена. Эта система нужна для мониторинга заряда, балансировки ячеек аккумулятора и вообще управления работой батареи. Нужна она в тех случаях, когда мы работаем с батареями типа литий-полимер или литий-ион. В классических кислотно-свинцовых аккумуляторах эта система не используется. Это первое отличие, которое можно назвать отличием классов батарей друг от друга.

Теперь вернемся к самим аккумуляторам и опустим надстройки типа BMS.

Любой аккумулятор состоит из элементов, которые объединяются в ячейки .

Ячейки объединяются в целую аккумуляторную батарею.

Элемент - это мельчайшая часть аккумулятора. Батарея может состоять всего из одного элемента. Такое часто встречается в сканерах штрих-кода. В случае литий-ион - это банка. В случае литий-полимер - это "котлета". В случае кислотно-свинцового аккумулятора - это резервуар внутри огромной батареи. Дальше ячейки соединяются последовательно или параллельно и образуют целую систему.

Теперь про элемент в отдельности. Чуть выше мы сказали, что элемент батареи должен состоять из корпуса, двух электродов и электролита между ними . Вне зависимости от типа химии, описанной чуть ранее, конструкция элемента будет примерно одинакова. Дальше будут отличаться только варианты электролита или компоновка.

Например, в случае кислотно-свинцовой батареи, элемент состоит очень просто . Есть резервуар, в этом резервуаре находится электролит, представленной смесью серной кислоты и дистиллированной воды. Внутри электролита плавает группа свинцовых пластин, которые являются электродами. Именно на них происходят окислительно-восстановительные реакции с образованием электрического тока. У группы пластины есть положительный полюс и отрицательный. Вот, собственно, и всё.

Дальше эти элементы объединены в одну большую батарею.

Если мы рассмотрим элемент любой другой химии, то конструкция останется аналогичной.

Симптомы поломки аккумулятора

Очень часто при выходе из строя кассового аппарата или любого другого типа торгового оборудования, виноватым в поломке является именно аккумулятор . Если ваша портативная касса вышла из строя (кстати говоря, здесь мы писали про то, какие варианты ремонта кассы могут вам помочь), то первым делом проверяйте аккумуляторную батарею.

Какие симптомы подскажут вам, что у вашей кассы или штрих сканера погиб аккумулятор? Их несколько.

Устройство отключается неожиданно и при этом индикатор заряда (если таковой имеется) сначала показывал 100%, а теперь показывает 1%. Это самый распространенный пример.
Аккумулятор заряжался долгое время и простоял при показателе 100% заряда 3-4 часа. Но после этого, при первом же включении аккумулятор протянул 2-3 минуты, а затем повторился пункт номер 1.
Очевидный пункт - устройство вовсе не включается. Вы зажимаете кнопку включения, а эффекта нет. При этом батарея заряжалась долгое время, а индикатор заряда показывал 100%.
Следующий очевидный пункт - сократилось время автономной работы. Касса работала три часа, а стала работать в автономном режиме 20 минут.

Как отремонтировать аккумулятор

Любой аккумулятор можно отремонтировать . Правда когда речь идёт про аккумуляторы для торгового оборудования, всегда проще купить новую батарею.

Мы обсудили устройство аккумулятора и сказали, что батарея состоит из ячеек и элементов. Как правило, причиной поломки аккумулятора является выход из строя одного элемента . Остальные элементы просто не способны тянуть большую нагрузку. Но есть и ещё один фактор - когда система оборудована платой BMS. Тогда сама система защиты батареи отрубает нагрузку в случае, если один из элементов в ячейке резко теряет напряжение.

Единственным способом ремонта батареи торгового оборудования является замена убитого или сломанного элемента. Нужно найти в точности такой же элемент и впаять новый вместо поврежденного старого.

Найти старый поврежденный элемент бывает непросто . Для этого нужно вооружиться мультиметром и электрической табуреткой, а также уметь считать показатели, которые должны приходиться на один элемент. Дальше аккумулятор подвергается ускоренному разряду с помощью электрической табуретки и замеряется просадка в Вольтах на каждом элементе и там, где показатели отклоняются от общей картины, элемент сломан. Бывают и простые случаи - например, когда на элементе есть очевидные механические повреждения .

Ремонт же самого по себе элемента невозможен. Всё это возможно только в заводских условиях. И если раньше в кислотно-свинцовый аккумулятор можно было подлить дистиллированной водички, то сейчас даже батареи этого типа необслуживаемые. Последнее, в целом, логично. Ведь если представить себе кассу, из которой хлещет кислота от аккумулятора, становится страшно.

Случаются и простые механические поломки . Например, один элемент может оторваться от ячейки, а ячейка может потерять контакт с основным блоком батареи. Эти недуги лечатся очень легко, правда случаются не так часто.

Заключение

Мы рассмотрели основные проблемы, которые могут возникнуть у вас при использовании аккумуляторов в терминалах сбора данных, в мобильных кассах или сканерах штри-кодов. По сути дела, эта информация относится ко всем современным портативным устройствам.

Если у вас остались какие-то дополнительные вопросы, то пожалуйста пишите их под нашим тематическим видео в этой статье, а мы обязательно ответим на них!

Аккумуляторы. Общие принципы

Работоспособным считается аккумулятор, остаточная емкость которого составляет 70–80 % от начальной. Элементы с меньшими показателями остаточной емкости считаются непригодными для дальнейшей эксплуатации, поскольку не могут обеспечить расчетную автономность.

Ион — атом или молекула, несущая на себе электрический заряд. Если ион положительно заряжен — его называют катион, если отрицательно — анион.

В зависимости от используемого материала электродов и применяемого типа электролита существуют различные вариации аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет свои конструкционные и эксплуатационные особенности. Ниже поговорим о наиболее распространенных типах аккумуляторов, сферах их применения и особенностях эксплуатации.

Свинцовые аккумуляторы

Несмотря на преклонный возраст технологии, свинцовые аккумуляторы до сих пор успешно применяются в системах резервного питания, автомобильном транспорте, системах аккумулирования возобновляемых источников энергии (солнечная и ветряная энергетика, гидроэнергетика и т. д.).

Как видно из названия, в качестве основного материала, из которого изготавливают электроды, выступает свинец. Точнее, для производства положительных электродов — просто свинец, а для изготовления отрицательных электродов — оксид свинца. В качестве электролита, как правило, выступает раствор серной кислоты.

Существует большое количество конструкций свинцового аккумулятора, направленных на улучшение его эксплуатационных характеристик. Поскольку свинец сам по себе достаточно мягкий металл с невысокой физической прочностью, в чистом виде он слабо противостоит вибрационным нагрузкам, поэтому для использования аккумуляторов, например, в транспорте, в сплав свинца добавляют кальций, делающий структуру металла более прочной.

Для использования свинцового аккумулятора в источниках бесперебойного питания, дабы не допустить контакт пользователя с кислотой, исключить необходимость обслуживания, а также не создавать условия для взрыва водорода, выделяемого из АКБ, при ее заряде, используют свинцовые аккумуляторы определенного типа. Такими аккумуляторами являются источники питания типа AGM (Absorbent Glass Mat), в которых абсорбированным электролитом (не жидким) пропитан специальный пористый мат из стекловолокна.

Довольно часто свинцовые аккумуляторы, выполненные по технологии AGM, ошибочно называют гелевыми. На самом деле это не так. Гелевые аккумуляторы — отдельная ветвь развития свинцовых источников питания.

Аккумуляторы, электролитом в которых выступает раствор серной кислоты в желеобразном состоянии, называются гелевыми. Они рассчитаны на медленную отдачу энергии, поэтому основная область их применения — использование в инертных системах накопления и расходования электроэнергии (солнечная энергетика, питание моторов кресел для инвалидов, гольф-каров и т. д.).

К неоспоримым преимуществам свинцовых аккумуляторов относятся их невысокая стоимость и возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды (от - 40 до + 40 ° С).

Один свинцовый аккумуляторный элемент выдает напряжение порядка 2 В и способен выдать удельной энергии из расчета 30–60 Вт*ч с 1 кг массы, что в сравнении с другими типами — достаточно мало. Такие аккумуляторы имеют высокие значения саморазряда, а их глубокий разряд приводит к разрушению и осыпанию пластин электродов и безвозвратной порче аккумулятора.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Следующим типом аккумуляторных элементов, активно использующихся во многих сферах, являются никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd). Их можно встретить в детских игрушках, пультах управления, фонариках, ручном аккумуляторном электроинструменте и т. д.

Конструкция элемента не претерпела изменений, только в качестве материала для изготовления электродов используются никель и кадмий, а точнее гидраты закиси этих металлов. В качестве электролита применяют гидроксид калия. Один элемент на основе этих металлов может выдать напряжение 1,2–1,35 В, а значение удельной энергии находится в диапазоне 40–80 Вт*ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — одни из самых морозоустойчивых. Они работают без существенной потери своей емкости при температурах, близких к –50 ° С, к тому же, абсолютно не боятся глубокого разряда, и после цикла зарядки полностью восстанавливают свои эксплуатационные характеристики.

Хранить NiCd аккумуляторы рекомендуется полностью разряженными.

Чтобы не испортить аккумулятор, его необходимо заряжать только после полного разряда! Пренебрежение этим правилом повлечет быструю потерю емкости и выход элемента из строя.

Заряжают NiCd-элементы малыми зарядными токами, значения которых составляет порядка 10 % от емкости аккумулятора.

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Логическим продолжением никель-кадмиевых аккумуляторов стали никель-металлогидридные (NiMH) элементы питания. В них учтены и практически устранены недостатки предшественников. Аккумуляторы при тех же массогабаритных показателях имеют большую в 2–3 раза емкость, обладают высокой надежностью, с легкостью переносят глубокий разряд и перезаряд, менее подвержены эффекту памяти.

Немаловажную роль в популяризации и широком распространении NiMH элементов сыграл тот факт, что они не содержат в своем составе кадмия, очень вредного для окружающей среды металла. Следовательно, с повестки дня снимаются вопросы правильного хранения и утилизации таких элементов.

Для производства анода используют гидрид никеля с лантаном или литием — так называемый металлогидридный электрод. В качестве катода — оксид никеля. Электролитом выступает соединение гидроксида калия.

Заряжают никель-металлогидридные аккумуляторы большими (в сравнении с NiCd-элементами) токами, величины которых составляют порядка 20–25 % от емкости аккумулятора, но очень важно контролировать температуру элемента во время заряда. Если она превышает 45 °С, нужно немедленно прервать процесс зарядки, в противном случае существует риск порчи элемента.

Зарядку для NiMH-аккумуляторов можно использовать в паре с NiCd-элементами. Обратная совместимость недопустима! Алгоритмы зарядки никель-кадмия более примитивны, они могут причинить вред NiMH-элементу.

Никель-металлогидридные аккумуляторы хранят полностью заряженными. Поскольку этому типу элементов присущ высокий саморазряд, для сохранения работоспособности элемента его нужно периодически подвергать полному циклу разряда/заряда.

Никель-металлогидридные аккумуляторы используют в тех же сферах, что и никель-кадмиевые, однако, благодаря повышенной емкости, их охотно применяют в фототехнике, использующей для питания элементы типа АА и ААА.

NiMH элементы — самые морозоустойчивые. Они без проблем переносят эксплуатацию при экстремально низких температурах, достигающих -60 °С. По этой причине их довольно успешно применяют в электроинструменте, используемом при выполнении работ на открытом воздухе в зимнее время.

Литий-ионные аккумуляторы

Современные мобильные устройства уже сложно представить без литий-ионных аккумуляторов. Именно их разработка дала мощный толчок к развитию легких и миниатюрных решений источников питания, и, как следствие, миниатюризации всего сегмента мобильных гаджетов.

Сильными сторонами Li-ion являются высокая плотность аккумулируемой энергии, ее удельное значение, в большинстве случаев, составляет солидные 280 Вт*ч/кг, недостижимые при использовании аккумуляторов другого типа. Именно по этой причине Li-ion аккумуляторы используются не только для питания персональных гаджетов, но и для приведения в движение различных самокатов, велосипедов с электродвигателем и даже автомобилей.

Существенный недостаток твердого полимера — его плохая проводимость при нормальной температуре окружающей среды (+ 25 °С). Наилучшие показатели достигаются при увеличении температуры до + 60 °С, а это уже опасно с точки зрения обычного использования. Поэтому производители идут на небольшие ухищрения, добавляя к полимеру электролит в жидком или желеобразном состоянии.

Существенное отличие конструкции литий-ионных аккумуляторов от традиционной конструкции заключается в обязательном наличии разделительного сепаратора, исключающего свободное перемещение ионов лития, в моменты, когда аккумулятор не используется.

Другой элемент, который должен обязательно присутствовать в схеме аккумулятора — BMS-контроллер (Battery Management System), отвечающий за корректную и сбалансированную зарядку ячеек аккумулятора.

Li-ion аккумуляторы при высокой удельной емкости обладают малым весом. Для их зарядки нужно не так уж много времени. У них практически отсутствует эффект памяти и саморазряд. К аккумуляторам литий-ионного типа не предъявляется особых требований к соблюдению циклов заряда/разряда. Заряжать их можно в любое удобное время, не привязываясь к величине остаточного заряда элемента. Хранить Li-ion батареи рекомендуется наполовину заряженными.