Типы аккумуляторов

Типы аккумуляторов

В этом небольшом обзоре мы рассмотрим все современные типы аккумуляторов с которыми мы можем встретится потребительской жизни - в бытовой электронике, компьютерах, автомобилестроении. Самыми распространенными на сегодняшний день являются Литий-ионные и Литий полимерные аккумуляторы которые наиболее широко используются в современной мобильной электронике. Начнем обзор с них.

Литиево-ионные аккумуляторы (Li- ion)

Практически все современные модели телефонов, ноутбуков или планшетов содержат аккумуляторы данного типа. Не сильно отличаясь по цене от аккумуляторов на основе никеля, они имеют ряд неоспоримых преимуществ, делающих их лидерами по автономному питанию портативных устройств на сегодняшний день.

Главное преимущество литиево-ионных аккумуляторов заключается в высокой удельной емкости: она выше, чем у никелевых аккумуляторов порой в несколько раз! Литий - очень легкий металл, имеет самый большой электрохимический потенциал и обеспечивает самое большое содержание энергии. Саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет 4-6% за первый месяц, затем - существенно меньше: за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. Ресурс составляет 500-1000 циклов заряда-разряда. Потеря емкости за счет саморазряда 5-10% в год.

Среди прочих достоинств можно выделить:
низкий саморазряд;
полное отсутствие "эффекта памяти" (благодаря чему время от времени его можно дозаряжать, что является неоспоримым преимуществом при активном использовании ноутбука);
большое количество циклов заряда-разряда (практически такое же, как у Ni-MH батарей).

Среди основных недостатков отметим:
чувствительность к перезарядам
Пока аккумулятор находится в герметичном корпусе он безопасен. Вскрытый аккумулятор представляет огромную опасность для человека и окружающей среды.

В конструкции современных литиево-ионных аккумуляторов присутствуют так называемые smart-микросхемы, которые позволяют управлять зарядным устройством таким образом, чтобы процесс зарядки был наиболее эффективным (условия заряда зависят от отработанных циклов заряда- разряда).

В обычных условиях эксплуатации аккумулятор ноутбука выдерживает 700-800 циклов заряда/разряда – это приблизительно 3 года активной работы. Чем чаще будете «запитывать» от сети не до конца разряженный аккумулятор, тем глубже будет идти процесс уменьшения энергоемкости. В результате АКБ может уменьшить свою емкость в разы.

Что делать если аккумулятор вздулся:
Иногда случается что литий-ионные акумуляторы вздуваются. Часто это происходит из-за долгого их хранения в разряженном состоянии. Именно из-за этого в литиевом аккумуляторе происходят необратимые химические реакции с выделением газа. Не исключено даже влияние магнитного или электромагнитного излучения на вздутие литий-ионных аккумуляторов. Вторая причина заключается в его зарядке слишком большими токами. При этом вздутый аккумулятор теряет емкость из-за увеличения расстояния между пластинами. Вздутый аккумулятор нельзя использовать т.к. это может грозить разрывом корпуса при дополнительном выделении газа или нагревании аккумулятора например при его зарядке. Вздутие можно устранить проделав во аккумуляторе небольшое отверстие и выпустив скопившийся газ. Но даже если вы проколите корпус аккумулятора и "выпустите газ" в нем начнётся саморазряд вследствие попадания влаги из воздуха и потеря ёмкости. Дырку можно проделать тонкой иголкой аккуратно проткнув корпус вздувшегося аккумулятора либо в центре, либо с торца снизу. Главное не повредить пластины аккумулятора, что может сопровождаться вытеканием электролита и даже коротким замыканием если он был заряжен, поэтому если аккумулятор протыкается в центре делайте это под небольшим углом и на минимальную глубину. Поврежденный аккумулятор в большинстве случаев будет работать, но потеряет часть емкости. Далее следует быстро заклеить отверстие скотчем или каким-либо герметиком предварительно сильно сжав аккумулятор для придания его корпусу первоначального вида. Это нужно сделать сразу, т.кконтакт с кислородом и парами влаги негативно влияет на электроды и электролит. Если при дальнейшей зарядке из аккумулятора будет что-либо вытекать или выделяеться, то такой аккумулятор лучше выкинуть. Любые жидкости и газы выделяемые из литий-ионных аккумуляторов предельны опасны для человека и окружающей среды, поэтому ни при каких обстоятельствах не выбрасывайте вскрытые аккумуляторы в водоемы или почву и не вдыхайте газы выделяемые аккумулятором. К сожалению установить какой газ выделяется при вздутии аккумулятора в просторах интернета не удалось, но предположительно в газе содаржатся пары пяжелых металлов. Часто в интернете пишут про возгорание и даже вызрыв литий-ионных аккумуляторов, что происходит из-за того, что в батарее присутствует металл литий, который при контакте с влагой из воздуха воспламеняется.

Литиево-полимерные аккумуляторы (Li-polymer)

Первоначальная концепция батареи литий-полимера основана на использовании твердого электролита на полимерной основе. Эта идея предусматривает технологичность в производстве, и, соответственно, низкую цену. Аккумуляторы этого типа появились сравнительно недавно. В ноутбуках они пока не используются , зато в более мелкие мобильные устройства (телефоны, КПК) их начали устанавливать уже относительно давно . Правда, для устранения некоторых технологических недоработок в используемые в настоящее время Li-polymer аккумуляторы добавляют некоторое количество гелеобразного электролита для повышения электропроводности. Также Li-polymer аккумуляторы используются в качестве резервных источников питания в жарком климате.

Если идею с использованием твердого электролита удастся доработать, то размеры аккумулятора можно будет довести до 1 мм (толщина), а благодаря тому, что данная конструкция реализуется набором различных пленок, то можно получать очень гибкие конструктивные формы.

Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd)

Эти аккумуляторы сейчас редко используются , в основном, в дешевых ноутбуках или для замены испорченных в старых моделях.

Преимущества:
низкая стоимость;
высокая устойчивость к перепадам температур;
хорошая устойчивость к большим токам заряда и разряда, т.к. малое внутреннее сопротивление позволяет отдавать большие токи (другие типы аккумуляторов это не устраивает);
большое количество циклов "заряда-разряда".

Недостатки:
наличие "эффекта памяти"
данный тип аккумулятора не является экологически чистым, так как кадмий является высокотоксичным веществом; также появляются дополнительные проблемы с его переработкой;
сравнительно низкая удельная емкость, хотя и не во всех случаях это является критичным.

Стоит отметить, что "эффект памяти" присущ всем никелевым батареям и заключается в обратимой потере ёмкости, вызванной укрупнением кристаллических образований активного вещества аккумулятора , и тем самым уменьшением площади активной поверхности его рабочего вещества.Внешнее проявление эффекта заключается в уменьшении реальной емкости аккумулятора в процессе эксплуатации. "Эффект памяти" появляется, когда аккумулятор подзаряжается, не успев до конца разрядиться. Для того чтобы восстановить нормальную емкость, необходимо провести несколько полных циклов "заряда-разряда". Эта особенность никелевых аккумуляторов определяет и условия хранения: только в разряженном состоянии.

Никелево-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH)

Аккумуляторы этого типа более распространены, чем Ni-Cd, но используются , как правило, в устаревших или бюджетных моделях ноутбуков.

Преимущества и недостатки у Ni-MH аккумуляторов , в основном, те же, что и у Ni-Cd. Среди отличительных (от Ni-Cd) особенностей можно отметить:
большую удельную емкость (при тех же габаритных размерах значение емкости на 30% больше);
меньший вес;
меньшую склонность к "эффекту памяти";
меньшую токсичность.

Ni-MH аккумулятор обладает и недостатками по сравнению с Ni-Cd аккумулятором:
гораздо меньшее количество циклов "заряда-разряда";
более высокая цена;
температурный режим работы меньше;
по сравнению с Ni-Cd и Li-Ion аккумуляторами, у Ni-MH аккумулятора самая низкая нагрузочная способность - не может отдавать большие токи;
этот тип аккумуляторов "боится" глубоких разрядов, так как долговечность батареи непосредственно связана с глубиной разряда (следовательно, его неудобно использовать: с одной стороны - "эффект памяти" и необходимость разряда, с другой - вред полного разряда);
саморазряд выше примерно в 1.5 раза;
Ni-MH не любит большого зарядного тока
в зарядном устройстве требуется более сложный алгоритм для обнаружения полного заряда, чем для Ni-Cd аккумулятора, современная Ni-MH батарея оборудована внутренним считывателем температуры, чтобы помочь обнаружению полного заряда. Перезаряд аккумулятора может привести к его перегреву и полному разрушению.

Обобщение

Чтобы обобщить информацию о типах аккумуляторов и их особенностях, приведем некоторые рекомендации по их выбору.

Здесь сразу стоит отметить, что в ноутбук с одним типом аккумулятора нельзя вставить аккумулятор другого типа. Поэтому при покупке портативного компьютера имеет смысл сразу обратить внимание, какой в нем стоит аккумулятор .

Получается, что выбор типа батареи в некотором смысле ограничен предложением самих ноутбуков, так как приобретать придется оборудование в комплекте с аккумулятором и зарядным устройством. В некотором смысле, такая ограниченность выбора содержит и положительные моменты: фирма-производитель корректирует свою технологию изготовления аккумуляторов под режимы работы оборудования, которое она производит.

Как уже говорилось выше, в современных ноутбуках преимущественно используются литий-ионные (Li- ion),никель-металлгидридные (NiMH) и никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы. Их сравнительные характеристики (по энергетической плотности, внутреннему сопротивлению, саморазряду и количеству циклов "заряда-разряда") приведены в таблице 1. Стоит отметить, что данные, приведенные в таблице, получены при лабораторных испытаниях, т.е. все показатели несколько идеализированы. При повседневной эксплуатации присутствуют экстремальные условия и неправильное обращение, которые не могут быть достаточно точно смоделированы в лаборатории.

Так, по количеству циклов "заряда-разряда", NiCd - наиболее выносливый аккумулятор. Также очевидно, что NiMH аккумуляторы не могут обеспечить длительный срок эксплуатации ноутбука (иногда выбор таких аккумуляторов определят наиболее низкая стоимость среди рассмотренных). Li-ion аккумулятор обладает наименьшим саморазрядом и наилучшими энергосберегающими характеристиками, однако, он подвержен старению, даже если не эксплуатируется. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Став непригодным к эксплуатации, Li-ion аккумулятор не может быть восстановлен с использованием циклов "заряда-разряда".

Получается, что если рассматривать аккумуляторы с точки зрения емкости, то лидером станет NiMH аккумулятор. Но, выигрывая в емкости, он проигрывает в сроке службы, особенно, если не обслуживается должным образом. Также NiMH аккумуляторы (как и NiCd) подвержены воздействию "эффекта памяти". Кристаллические образования, которые вызывают потерю емкости, порождаются никелевыми пластинами, которые присутствуют в обоих типах. Но "эффект памяти" в NiMH аккумуляторах как правило не обнаруживается из-за их более короткого срока эксплуатации по сравнению с NiCd. "Эффект памяти" может быть устранен путем полного разряда никелевых аккумуляторов раз в месяц или раз в два месяца.

Li-ion аккумулятор, помимо прочих преимуществ, обладает низкой стоимостью обслуживания, не требует периодического разряда, так как не подвержен "эффекту памяти". Однако следует обратить внимание на то, что Li-ion постепенно теряет способность заряжаться вследствие процесса старения. По этой причине Li-ion аккумуляторы не имеет смысла приобретать в запас на длительный период времени.

Итак, рассмотренные типы аккумуляторов обладают своими достоинствами и недостатками. В зависимости от условий эксплуатации, можно выбрать тот или иной тип аккумулятора, и он обеспечит наибольший срок службы. Условия выбора в зависимости от условий эксплуатации рассмотрены в таблице 2.

Какие типы аккумуляторов существуют?
« Пальчиковые » аккумуляторы бывают двух видов: никель-металлогидридные (Ni-MH) и никель-кадмиевые (Ni-Cd).
Для устройств с большим постоянным энергопотреблением (например, цифровых фото и видеокамер) оптимальны Ni-MH аккумуляторы: они обладают большей емкостью, чем Ni-Cd. Широкое распространение никель-металлогидридных батарей обусловлено отсутствием у них эффекта памяти. Однако на морозе емкость Ni-MH аккумуляторов заметно снижается. Ni-Cd аккумуляторы обладают меньшей емкостью, зато не боятся низких температур. Кроме того, они хорошо подходят для устройств, которым требуется кратковременный, но интенсивный ток (например, для имеющих электромоторы). Важно учитывать, что у элементов этого типа заметно выражен эффект памяти.
Помимо Ni-Cd и Ni-MH, существуют литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol) батареи, которые активно используются в мобильных телефонах и других гаджетах (например, в hands-free- гарнитурах и цифровых плеерах), но пока не выпускаются в « пальчиковом » форм-факторе.

Как долго «живет» аккумулятор?
Реальный срок службы аккумулятора – от 250 до 300 циклов «заряд- разряд». Надписи «до 1000 зарядок», которые любят размещать на корпусе своих устройств производители, далеки от истины: на практике это почти недостижимо.

Автомобильные аккумуляторы - Свинцово-кислотные

Автомобильный аккумулятор используется для пуска двигателя, питания электрооборудования автомобиля, стабилизации напряжения сети в автомобиле. Автомобильные аккумуляторы бывают прямой полярности (плюсовая клемма расположена слева, а минусовая – справа) и обратной (плюсовая клемма расположена справа, а минусовая – слева). Аккумуляторы с прямой полярностью используются как правило в российских и американских автомобилях, а аккумуляторы с обратной полярностью в основном в европейских автомобилях. Также аккумуляторы для европейских и азиатских автомобилей могут иметь разный диаметр клемм. Автомобильные аккумуляторы обладают очень большой мощностью и выходным током. При коротком замыкании крайне взрывоопасны в следствии протекания очень больших токов. Аккумуляторы открытого типа могут выделять водород при перезарядке. Заряженные автомобильные аккумуляторы имеют 30-40% концентрацию серной кислоты в электролите, а разряженные – только 10% или менее. В ее составе присутствуют малые доли мышьяка, марганца, тяжелых металлов, оксида азота, железа, меди, хлористых соединений. НЕЛЬЗЯ заряжать автомобильные аккумуляторы в закрытом помещении, где находятся люди, например, в квартире. Испарение паров ядовитых соединений может стать причиной легкого отравления, вызывающего типичные симптомы химического отравления: головную боль, тошноту, резь в глазах, усталость, нервное расстройство и раздражительность. Электролит главным образом состоит из серной кислоты и дистиллированной воды. Серная кислота не боится морозов и не замерзает даже при сильном морозе. А вот вода может превратиться в лед. Когда аккумулятор разряжается, электролит становится более водным раствором, а содержание серной кислоты заметно уменьшается. Поэтому оставляя незаряженный аккумулятор на морозе длительное время вы снижаете его ресурс работы. При перезарядке автомобильного аккумулятора пластины начинают сильно окисляться, происходит осыпание активной массы, аккумулятор теряет емкость. Перезарядка сопровождается заметным нагревом аккумулятора что довольно легко заметить. Регулярная недозарядка автомобильного аккумулятора не только уменьшает его энерго мощность, но и снижает его ресурс работы. Недозарядка происходит при частом движении на холостых оборотах, например в пробках и при эксплуатации в холодном климате. Емкость аккумуляторной батареи должна соответствовать мощности генератора автомобиля, иначе аккумуляторная батарея не будет подзаряжаться до 100%. Автомобильный аккумулятор будет постоянно испытывать нехватку заряда, что сокращает срок его службы. Автомобильные аккумуляторы очень ядовиты. При зарядке аккумулятора выделяется водород - опасный газ которым можно отравится. При вдыхании этого газа можно обжечь носоглотку и легкие. Заряжать автомобильные аккумуляторы в закрытом помещении крайне опасно.

Оптимальный ток зарядки свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов составляет 10% его емкости. Т.е если аккумулятор имеет емкость 65 mAh то оптимальный ток для зарядки будет 6,5А. Так считается, но более качественная зарядка происходит меньшим током и гораздо более длительное время. При низком заряде автомобильного аккумулятора ток зарядки высокий, при почти полной зарядке ток небольшой. И по мере зарядки АКБ он уменьшается. Нормальное напряжение полностью заряженного аккумулятора автомобиля варьируется в пределах 12,5-14 Вольт. Сразу после зарядки нормальное напряжение может даже превышать 14В, быть например 14,5 - 14,6 Вольт, но через какое-то время оно само уменьшается до стандартных значений 12-13 вольт. В некоторых случаях напряжение может быть ниже, например после зарядки слабым зарядным устройством вне автомобиля, или после того, как разряженный аккумулятор долго стоял на морозе. В этом случае напряжение 11,9В еще является рабочим, а если ближе к 11В или ниже тогда могут быть проблемы при пуске авто. Хотя магнитола и вся электрика автомобиля будет работать и при напряжении в 10В.

 

 

 

 

 

 

О компании Услуги Контакты Статьи Бесплатное Каталог Форум