Как Отличить Гелевый Аккумулятор От Кислотного
Самый быстрый способ, как определить гелевый аккумулятор или кислотный — это пошатать сам аккумулятор и прислушаться булькает («бултыхается») ли в нем электролит, по ощущениям как вода в минералке «бултыхается» или нет. Если булькает — значит электролит внутри аккумулятора жидкий — а значит аккумулятор кислотный; если нет значит в аккумуляторе электролит гелеобразный — соответственно и аккумулятор у вас в руках — гелевый.
- Кислотные аккумуляторы
- AGM аккумуляторы
- Гелевые аккумуляторы
В большинстве случаев у людей на уме лишь кислотные и гелевые аккумуляторы и многие не знают о существовании AGM аккумуляторов, а AGM аккумуляторы воспринимают как гелевые аккумуляторы — а это не так
С кислотными аккумуляторами в принципе все ясно — это аккумуляторы в которых, если заглянуть во внутрь аккумулятора, свинцовые пластины, залиты жидко образным электролитом. Практически в каждом автомобиле устанавливаются кислотные аккумуляторы за исключением новых электрокаров.
С развитием аккумуляторной науки и выпуском электромобилей изобрели новые аккумуляторы — гелевые. Слово гелевые пошло от состояния электролита — «гелеобразное». Благодаря гелеобразному состоянию электролита существенно увеличивается срок эксплуатации аккумулятора и его характеристики. Процесс производства такого аккумулятора трудоёмкий и затратный — соответственно и стоимость аккумулятора очень высока.
Например, стандартный аккумулятор кислотный стоит приблизительно 60-80 баксов, тогда как гелевый аккумулятор стоит 180-200 баксов.
Скажете ничего себе? Да именно так! Также вы можете сказать, что видели их по цене 100-120 баксов — и вы возможно заблуждаетесь!
Не зря в начале обзора мы отметили их различия. В различии есть аккумуляторы AGM. Аккумуляторы AGM появились не сразу, а появились только после появления гелевых аккумуляторов. Производство их менее затратное нежели гелевые аккумуляторы так как если разобрать AGM аккумулятор (не вдаваясь глубоко в саму технологию) мы увидим стекловату пропитанную электролитом. И это две разные вещи по сравнению с гелевыми аккумуляторами. И именно эти аккумуляторы стоят 100-150 баксов. Многие магазины представляют их в продаже как гелевые аккумуляторы, а на самом деле это AGM аккумуляторы. В ниже приведенных фотографиях Вы наглядно можете увидеть состав AGM аккумуляторов:
Типы аккумуляторных батарей
Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.
Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.
Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта
Виды аккумуляторных батарей
Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.
Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.
Обозначение
Рабочая температура, ºC
Напряжение элемента, В
Удельная энергия, Вт∙ч/кг
Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)
Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.
Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)
Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии
Электрокары, речные и морские суда, авиация
Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления
электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.
Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д.
Космос, связь, военные технологии
Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.
Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.
Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи
Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.
Принцип действия свинцово-кислотных батарей
Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.
Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.
Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.
Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).
Типы свинцово-кислотных батарей
- Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.
- Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.
- Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости. Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.
Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed. - GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом. Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.
Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed. - OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом. Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме. Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.
Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed. - OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр. Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года. Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда. Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.
Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.
Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов
Оптимальная глубина разряда, %
Допустимая глубина разряда, %
Циклический ресурс, D.O.D.=50%
Оптимальная температура, °С
Диапазон рабочих температур, °С
Срок службы, лет при +20°С
Макс. ток заряда, % от емкости
Минимальное время заряда, ч
Требования к обслуживанию
Средняя стоимость, $, 12В/100Ач.
Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.
Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).
Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи
История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.
Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.
Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.
Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей
Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.
Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.
Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.
Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.
Типы литий-ионных аккумуляторов
Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.
Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.
- Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента. Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C. На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.
Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов. - Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен. Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств. Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
- Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен. Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств. Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы. На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.
Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов. Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д. - Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами. Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации. NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.
Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов. - Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.
Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов. - Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.
Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов. - Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи. Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик. Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.
Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов. - Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны. В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев. Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов. Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.
Типы аккумуляторных батарей AGM и GEL
Неотъемлемой компонентом автономных солнечных энергосистем являются необслуживаемые аккумуляторные батареи большой емкости. Такие АКБ гарантируют сохранение функциональных возможностей на протяжения всего заявленного жизненного цикла. Важно отметить, что свинцово-кислотные АКБ являются не самым лучшим вариантом для автономных солнечных энергосистем, т.к. работая в цикличном режиме, при разряде более чем на 30%, данный тип АКБ потребует замены в среднем через 2-3 года, что является весьма дорогостоящим занятием. Эта проблема решена благодаря появлению нового поколений АКБ LiFePO4, которые служат минимум в 3 раза дольше в цикличном режиме, однако, из-за своей дешевизны, АКБ AGM и GEL до сих пор имеют наибольшее распространение в автономных системах.
Свинцово-кислотные аккумуляторы — старейший вид аккумуляторов, принцип действия которых основан на электрохимическом процессе взаимодействия свинца и раствора серной кислоты. Упрощенно это выглядит так. Соединяем раствор кислоты со свинцом — получаем воду, сульфат свинца и электрический ток. Загоняем электрический ток обратно — получаем из сульфата свинца свинец и раствор серной кислоты. И так туда-сюда. Чисто природный процесс, почти как в живом организме. Отсюда и типичные природные свойства, а именно: стареет, на морозе замерзает, если заставлять работать и не кормить — умирает. Значит, чтобы обеспечить жизнедеятельность нужно соблюдать принцип «раз-два-три»:
Раз. Поддерживать рабочую температуру.
Два. Если незаряжен — срочно заряжать.
Три. Поменьше нагружать.
Вкратце, чем это обусловлено. Как уже говорилось выше, при разряде свинец превращается в сульфат (соединение свинца и серной кислоты), а раствор серной кислоты в воду. Сульфат свинца имеет консистенцию творога — белый и пушистый, а раз так, то творог, если его много отваливается с пластин и падает на дно аккумулятора. Емкость снижается. Мало того, с течением времени творог начинает твердеть, образуя кристаллы, которые уже не хотят превращаться обратно в свинец, забивают поверхность свинцовых пластин. Емкость опять снижается. А еще вода. Если мороз, она превращается в лед. Может и порвать разряженный аккумулятор. Значит в любом случае нужно сразу заряжать. А чтобы зарядился нужно еще и подогреть. Ведь и кофе в холодной воде не сваришь, а тут свинец!
С зарядом тоже не всё просто. Алгоритм заряда трехстадийный. Первая стадия выполняется током равным одной десятой от емкости аккумулятора. Меньшим можно, большим не рекомендуется. Химия аккумулятора не успеет переварить весь ток, и его лишняя энергия пойдет в тепло и на разрушение свинцовых пластин. При достижении 14,4В (на 12В аккумуляторе) наступает вторая стадия, когда нужно плавно уменьшать ток, не давая расти напряжению. Если дать напряжению расти выше, аккумулятор просто закипит, теряя воду, что губительно для герметичных аккумуляторов. Обратно ведь её не зальешь! При достижении зарядного тока значений близких к нулю, переходим к третьей стадии, снизив напряжение на аккумуляторе до 13,7В, которое и поддерживаем, компенсируя собственные потери аккумулятора. Таким образом процесс заряда может занять от 5 до 10ти часов. Если же вторую и третью стадию не выполнять, то получим хронический недозаряд, а значит постоянно нарастающий объем твердого сульфата на пластинах и выход из строя аккумулятора гарантирован. А ещё зарядное напряжение меняется в зависимости от температуры.
Но если всё делаем правильно, то есть держим в тепле, разряжаем и сразу полностью заряжаем всеми стадиями, то сколько циклов отработает свинцово-кислотный аккумулятор? Оказывается, чем глубже разряжаем, тем меньше циклов. Как природный организм. Всё логично. При соблюдении правила «два», новый среднестатистический (китайский) качественный аккумулятор отходит 300 циклов при полном разряде за цикл, 600 циклов при половинном разряде, 1200 циклов при разряде на треть. Значит, три года при ежедневном циклировании на треть, а так же полном отсутствии сбоев и задержек в зарядном процессе.
Из всего вышесказанного вытекает вывод, что среднестатистический свинцово-кислотный аккумулятор подходит для работы в циклировании только при отсутствии достойной альтернативы. Даже технологии GEL и AGM не изменили принципиальных свойств свинцовых аккумуляторов, так как по-сути это всего лишь противодействие опаданию сульфата с пластин, а так же вытеканию электролита в случае повреждения корпуса.
Основные типы свинцово-кислотных АКБ :
Технология AGM
Технология AGM — (Absorbent Glass Mat) На русский язык это можно перевести как “поглощающее стекловолокно”. В качестве электролита также используется кислота в жидком виде. Но пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна. Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться.
При протекании химической реакции внутри такого аккумулятора также образуются газы (в основном водород и кислород, их молекулы являются составными частями воды и кислоты). Их пузырьки заполняют некоторые из пор, при этом газ не улетучивается. Он принимает непосредственное участие в химических реакциях при подзарядке батареи, возвращаясь обратно в жидкий электролит. Этот процесс называется рекомбинацией газов. Из школьного курса химии известно, что круговой процесс не может быть 100% эффективным. Но в современных AGM аккумуляторах эффективность рекомбинации достигает 95-99%. Т.е. внутри корпуса такого аккумулятора образуется ничтожно малое количество свободного ненужного газа и электролит не меняет своих химических свойств на протяжении многих лет. Тем не менее, истечению очень долгого времени свободный газ создает внутри батареи избыточное давление, когда оно достигает определенного уровня, срабатывает специальный выпускной клапан. Этот клапан также защищает батарею от разрыва в случае возникновения внештатных ситуаций: работа в экстремальных режимах, резкое повышение температуры в помещении из-за внешних факторов и тому подобное.
Основные преимуществом аккумуляторов AGM перед технологией GEL, является более низкое внутреннее сопротивление аккумулятора. Прежде всего это влияет на время заряда АКБ, которое в автономных системах сильно ограничено, особенно в зимнее время. Таким образом, АКБ AGM быстрее заряжается, а значит быстрее выходит из режима глубокого разряда, который губителей для обоих типов АКБ. Если система автономная, то при использовании АКБ AGM ее КПД будет выше, чем у такой же системы с АКБ GEL, т.к. для заряда АКБ GEL требуется больше времени и мощности, которых может не хватать в пасмурные зимние дни. При отрицательных температурах гелевый аккумулятор сохраняет больше емкости и считается более стабильным, но как показывает практика, в пасмурную погоду при слабых токах заряда и отрицательный температурах, гелевый аккумулятор не будет заряжаться из-за высокого внутреннего сопротивления и «задубевшего» гелевого электролита, в то время как аккумулятор AGM будет заряжаться при малых токах зарядки.
Специальное техническое обслуживание батарей AGM не требуется. АКБ изготовленные по технологии AGM не требуют обслуживания и дополнительной вентиляции помещения. Недорогие АКБ AGM прекрасно работают в буферном режиме с глубиной разряда не более 20%. В таком режиме служат до 10-15 лет.
Если же их использовать в циклическом режиме и разряжать хотя бы до 30-40%, то их срок службы существенно сокращается. АКБ AGM часто используются в недорогих бесперебойниках (UPS) и небольших автономных солнечных энергосистемах. Тем не менее, в последнее время появились AGM батареи, которые рассчитаны на более глубокие разряды и цикличные режимы работы. Конечно, по своим характеристикам они уступают АКБ GEL, но прекрасно работают в автономных солнечных системах энергоснабжения . Но главная техническая особенность AGM аккумуляторов, в отличие от стандартных свинцово-кислотных АКБ, — возможность работы в режиме глубокого разряда. Т.е. они могут отдавать электрическую энергию на протяжении длительного времени (часы и даже сутки) до состояния, когда запас энергии падает до 20-30 % от первоначального значения. После проведения зарядки такого аккумулятора он практически полностью восстанавливает свою рабочую емкость. Конечно, совсем бесследно такие ситуации проходить не могут. Но современные AGM аккумуляторы выдерживают от 600 и выше циклов глубокой разрядки.
Кроме того, у AGM батарей очень малый ток саморазряда. Заряженная батарея может храниться неподключенной долгое время. Например, за 12 месяцев простоя заряд аккумулятора упадет всего до 80% от первоначального. AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 15-16В. Такие характеристики достигаются не только за счет конструктивных особенностей AGM технологии. При изготовлении батарей используются более дорогие материалы с особыми свойствами: электроды изготавливаются из особо чистого свинца, сами электроды делают более толстыми, в электролит входит серная кислота высокой степени очистки.
Технология GEL
Технология GEL — ( Gel Electrolite) В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация.
В отличие от AGM технологии гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу же после зарядки батарей. Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости. Так как электролит находится в густом состоянии, то он менее подвержен расслоению на составные части воду и кислоту, поэтому гелевые аккумуляторы лучше переносят плохие параметры тока подзаряда.
Пожалуй, единственный минус гелевой технологии – цена, она выше, чем у AGM батарей такой же емкости. Поэтому использовать гелевые аккумуляторы рекомендуется в составе сложных и дорогих систем автономного и резервного электроснабжения. А так же в случаях, когда отключения внешней электрической сети происходят постоянно, с завидной цикличностью. АКБ GEL лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Также, они лучше переносят сильные морозы. Снижение емкости при понижении температуры аккумуляторов также меньше, чем у других типов аккумуляторов. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения, когда батареи работают в циклических режимах (заряжаются и разряжаются каждый день) и нет возможности поддерживать температуру аккумуляторов в оптимальных пределах.
Почти все герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку.
Гелевые аккумуляторы тоже отличаются по назначению — есть как общего назначения , так и глубокого разряда . Гелевые батареи лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда. Их применение более желательно в системах автономного электроснабжения. Однако они дороже AGM батарей и тем более стартерных.
Гелевые аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM аккумуляторы. Также, они менее болезненно переносят глубокий разряд. Одним из основных преимуществ гелевых аккумуляторов перед AGM является существенно меньшая потеря емкости при понижении температуры аккумулятора. К недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения режимов заряда.
Поэтому гелевые аккумуляторы рекомендуется применять там, где требуется обеспечить долгий срок службы при более глубоких режимах разряда, а также, если температура аккумуляторов опускается ниже 5 градусов Цельсия.
Батареи AGM идеальны для работы в буферном режиме, в качестве запасного варианта при редких перебоях электроэнергии. В случае слишком частого подключения в работу просто уменьшается их жизненный цикл. В таких случаях использование гелевых аккумуляторов бывает экономически более оправдано.
Системы на основе технологий AGM и GEL обладают особыми свойствами, которые просто необходимы для решения задач в области автономного энергоснабжения.
Аккумуляторы, изготовленные по технологиям AGM и GEL, являются свинцово-кислотными АКБ. Они состоят из схожего набора составных частей. В надежный пластиковый корпус, обеспечивающий необходимую степень герметизации, помещены пластины-электроды изготовленные из свинца или его особых сплавов с другими металлами. Пластины погружены в кислотную среду — электролит, который может выглядеть как жидкость, или быть в другом, более густом и менее текучем состоянии. В результате протекающих химических реакций между электродами и электролитом вырабатывается электрический ток. При подаче внешнего электрического напряжения заданной величины на клеммы свинцовых пластин, происходят обратные химические процессы, в результате которых батарея восстанавливает свои первоначальные свойства, заряжается.
Также существуют специальные АКБ по технологии OPzS, которые специально разработаны для «тяжелых» цикличных режимов.
Данный тип АКБ создавались специально для использования в системах автономного электроснабжения. Они имеют пониженное газовыделение, допускают много циклов заряд/разряда до 70% от номинальной емкости без повреждения и значительного сокращения срока службы. Но данный тип АКБ не пользуется высоким спросом в России из-за достаточно высокой стоимостью АКБ по сравнению с технологиями AGM и GEL.
Основные правила эксплуатации аккумуляторных батарей
1. Не допускайте хранения АКБ в разряженном состоянии. В этом случае происходит сульфатация электродов. В этом случае АКБ теряет емкость и существенно сокращается срок службы АКБ.
2. Не допускайте короткого замыкания клемм АКБ. Это может происходить при монтаже АКБ неквалифицированным персоналом. Сильный ток короткого замыкания заряженного АКБ способен расплавить контакты клемм и нанести термический ожог. Короткое замыкание также наносит серьезный ущерб АКБ.
3. Не пытайтесь вскрывать корпус необслуживаемого АКБ. Содержащийся внутри электролит способен вызвать химический ожог.
4. Подключайте АКБ в устройство только в правильном соответствии с полярностью. Полностью заряженный АКБ имеет значительный запас энергии и способнен при неправильном подключении вывести устройство (инвертор, контроллер и т.д.) из строя.
5. Не забудьте утилизировать отслужившую свой срок батарею в соответствии с правилами утилизации для изделий, содержащих тяжелые металлы и кислоты.
Какой тип аккумулятора относится к автомобильному аккумулятору? Тип и производительность?
Влажные аккумуляторы обычно используются в автомобилях и других автомобилях. Мокрый аккумулятор состоит из шести ячеек. Автомобильные аккумуляторы специально разработаны для работы в любых дорожных условиях. Однако существует определенный предел для каждой батареи в зависимости от ее качества и способа производства.
В данном тексте мы обсудим типы аккумуляторов, используемых в автомобиле, и разберемся с каждым из них на более глубоком уровне. Это поможет вам приобрести лучший тип аккумулятора для вашего автомобиля, который прослужит дольше, а также сохранит ваш автомобиль в рабочем состоянии и прост в обслуживании.
Какой тип аккумулятора используется в автомобилях?
Если вы когда-либо покупали аккумулятор для своего автомобиля, вы должны знать, что он бывает разных типов и размеров. Есть также ряд компаний, поставляющих аккумуляторы для автомобилей. Мы рассмотрим некоторые из наиболее важных типов аккумуляторов, используемых в автомобилях.
Это наиболее распространенный тип аккумуляторов, используемых в автомобилях. Вы найдете его в большинстве автомобилей, потому что его удобно получить и он легко доступен. Это сверхмощные батареи, очень прочные и с большим сроком службы.
На этот аккумулятор можно положиться, ведь он будет очень удобен для вашего автомобиля. Свинцово-кислотные аккумуляторы доступны по цене каждому. Это также делает их наиболее предпочтительным выбором для большинства людей. Вам не нужно беспокоиться о их замене в ближайшее время, потому что они прочные. Некоторые производители свинцово-кислотных аккумуляторов также предоставляют на них гарантию.
Эти батареи немного лучше свинцово-кислотных. Это потому, что они обеспечивают большую долговечность по сравнению с ними. Большинство людей также отметили, что они лучше заводят автомобильные двигатели при низких температурах.
Кальциевые батареи лучше всего подходят для стран с очень низкими температурами. Вы также можете использовать эти батареи зимой, чтобы избежать неудобств при запуске двигателя. Кальциевые батареи могут использоваться в течение более длительного времени благодаря их долговечному и надежному качеству.
3. серебряные кальциевые батареи?
Эти батареи очень похожи на уже упомянутые кальциевые батареи, но они прочнее. Они лучше всех подходят для работы с аккумулятором. При использовании серебряно-кальциевых батарей вы получите большую долговечность и высокое качество. Эти функции также означают большую ценность батареи. Они будут немного дороже, чем другие типы аккумуляторов, но вы также получите много удобств при использовании этих аккумуляторов для вашего автомобиля.
Сейчас на рынке доступны несколько продвинутых типов автомобилей. Вскоре будут запущены некоторые специальные типы с новейшими технологиями. Если вы видели автомобили с технологией включения / выключения, то для них также используются другие типы аккумуляторов. Вы можете увидеть некоторые батареи для продвинутых типов автомобилей, которые также включают:?
? Усовершенствованный залитый аккумулятор
? Абсорбирующий стекломат батареи
3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C
Автомобильный аккумулятор STD или AGM?
Чаще всего в автомобилях используется аккумулятор AGM или абсорбирующий стекломат. Он состоит из жидкой свинцовой кислоты, что делает его идеальным для автомобилей. Давайте посмотрим на некоторые особенности батареи AGM.
Аккумуляторы AGM были впервые изготовлены в 1980 году военными. Они были созданы для более продолжительного использования в тяжелых условиях. Даже в то время они были разработаны на уровне совершенства, который все еще может соответствовать требованиям современных автомобилей.
Особенности AGM Battery
Аккумулятор AGM — это современный тип аккумулятора, который можно использовать во всех типах транспортных средств. Лучше всего подходит для езды в любых погодных условиях. Они могут обеспечить высокую производительность на всех типах дорог. Если вы ищете долговечность и производительность, аккумулятор AGM — лучший выбор, который вы можете сделать.
Он не требует дозаправки или герметизации, что делает его неприхотливым аккумулятором, что является очень хорошим вариантом для тех, у кого мало времени.
Эти аккумуляторы считаются лучшими в современных автомобилях. Кроме того, они более безопасны и удобны. Одна вещь, о которой вы должны позаботиться, — это метод зарядки аккумулятора AGM. Рекомендуется выбрать правильный тип зарядного устройства для аккумулятора, потому что вы можете повредить аккумулятор даже при малейшей неисправности зарядного устройства.
Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный
Для чего используются батареи STD?
Аккумулятор STD — это очень распространенный автомобильный аккумулятор, который используется для подачи энергии для запуска двигателя автомобиля. В автомобилях вы встретите аккумуляторы STD и AGM, потому что оба используются для определенных функций.
Аккумулятор STD или стандартный залитый аккумулятор используется для обеспечения достаточной мощности системы зажигания автомобиля. В основном он используется в критических ситуациях, когда мощности недостаточно для запуска автомобиля. Эти батареи используются для обеспечения дополнительной мощности, особенно когда электрическая нагрузка транспортного средства превышает требуемый предел.
Автомобильный аккумулятор глубокого разряда или обычный?
И глубокий цикл, и обычные батареи используются для автомобилей в зависимости от требований и модели вашего автомобиля. Мы обсудим некоторые из основных функций, предоставляемых обеими батареями, чтобы вы с умом выбирали батарею.
Обычный автомобильный аккумулятор?
? Обычные батареи требовали значительного обслуживания
?? необходимо бережно относиться к обычным батареям
? Он залит электролитами для лучшего функционирования
? Вы должны регулярно проверять уровень жидкости в аккумуляторе
• Одним из недостатков обычных батарей является то, что они быстрее разряжаются.
? Эти батареи очень доступны где угодно.
Аккумулятор глубокого цикла?
• Аккумуляторы глубокого разряда известны тем, что полностью разряжают свою мощность на более глубоком уровне.
• Он использует большую часть своей емкости даже после одного использования.
• Существуют различные категории аккумуляторов глубокого разряда, включая аккумуляторы AGM.
• Долговечность батареи глубокого разряда зависит от ее пластин.
• У более тяжелого аккумулятора будут более толстые пластины, что продлит срок его службы, и наоборот.
Заключение
Вы можете узнать о типах аккумуляторов, используемых в автомобилях, прочитав текст, упомянутый выше. Вы также сможете различать определенные типы батарей и их особенности.
- Предыдущая статья： Что делать с использованными батареями — введение, использование и утилизация
- Следующая статья： Что такое аккумулятор AGM — сравнение, значение и стандартный генератор