Обозначение аккумулятор на схеме: Батарея на схеме обозначение

Содержание

Батарея на схеме обозначение

Обозначение батарейки на электрических схемах содержит короткую черту, обозначающую отрицательный полюс и длинную черту — положительный полюс. Одиночную батарейку, используемую для питания прибора, на схемах обозначают латинской буквой G, а батарею, состоящую из нескольких батареек буквами GB. Самое простое условное графическое обозначение батарейки или аккумулятора в соответствии с ГОСТ использовано в схеме 1. Более информативное обозначение батареи в соответствии с ГОСТ использовано в схеме 2, здесь отражено количество батареек в составе групповой батареи, указано напряжение батареи и положительный полюс. ГОСТ допускает использовать обозначение батареи, примененное в схеме 3.


Поиск данных по Вашему запросу:

Батарея на схеме обозначение

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК ЗАРЯЖАТЬ ПАЛЬЧИКОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ АА и ААА Ni Mh Ni Cd — обычное и умное зарядное устройство

Условные графические и буквенные обозначения электрорадиоэлементов


Каждый элемент или устройство, имеющие самостоятельную принципиальную схему, должны иметь позиционное двухбуквенное кодовое обозначение табл. В общем случае обозначение состоит из трёх частей, определяющих вид элемента.

Его номер и выполняемую функцию. Первые две являются обязательными составляющими обозначения. Например, LRK — реактор токоограничивающий, межсекционный. Буквенные коды, определяющие вид электрических элементов в соответствии с ГОСТ 2.

Преобразователи неэлектрических величин в электрические кроме генераторов и источников питания или наоборот, аналоговые или многоразрядные преобразователи или датчики для указания или измерители. Порядковые номера элементам следует присваивать, начиная с единицы, в пределах группы элементов, которым на схеме присвоено одинаковое буквенное позиционное обозначение, например, Q1, Q2, Q3, в соответствии с последовательностью их расположения на схеме сверху вниз и слева направо.

Позиционные обозначения проставляют рядом с условными графическими обозначениями элементов с правой стороны или под ними. На принципиальной схеме должны быть однозначно определены все элементы, входящие в состав установки и изображённые на схеме. При выполнении схемы на неполных листах должны выполняться следующие требования:. В настоящее время принципиальные электрические схемы трансформаторных подстанций выполняют в соответствии с ГОСТ Нормально отключенному положению выключателя соответствует заштрихованный прямоугольник, а не заштрихованный прямоугольник — выключатель включенный.

Обозначение выключателя можно выполнять буквенным кодом Q без признака автоматики отключения F. Обозначения условные графические на схемах следует выполнять на основании рекомендаций ГОСТ 2. Часто рассматриваются вопросы размещения электрооборудования в помещениях бытового назначения, в помещениях цехов, подстанций ит. Условные графические изображения на основании ГОСТ Размещение объектов электроэнергетики на картах местности и на ситуационных картах, обозначение объектов и линий связи между ними рекомендуется выполнять в соответствии с графическими обозначениями ниже.

Внутри окружности допускается размещение квалифицирующих символов и дополнительной информации, при этом диаметр окружности при необходимости изменяют. Генератор переменного трёхфазного тока с отмоткой статора, соединенной в звезду с параллельными ветвями. Внутри окружности допускается размещение квалифицирующих символов и дополнительной информации.

Допускается увеличение диаметра окружности. Контактор, магнитный пускатель. Допускается справа от обозначения указывать значение частоты; например, переменного тока с частотой 10 кГц. Допускается применять для обозначений повреждений изоляции между проводами. Квалифицирующие символы, поясняющие принципы работы коммутационных устройств. Контакт, замыкающий нажимного кнопочного выключателя без самовозврата, с размыканием и возвратом элемента управления:. Примеры построения обозначений контактов коммутационных устройств.

Если необходимо уточнить тип разрядника, то применяют следующие обозначения:. Допускается в обозначении предохранителя указывать утолщённой линией сторону, которая остаётся под напряжением. Звёздочку заменяют одним или более квалифицирующим символом, характеризующим вид реле комплекта реле , помещённым в следующей последовательности: техническая характеристика измерительного реле и вид её изменения, направление энергии, диапазон уставок, срабатывание с выдержкой времени.

Допускается помещать диапазоны уставок и или другие данные вне прямоугольника. Общее обозначение можно дополнить цифрой, определяющей число измерительных элементов. Высота обозначения зависит от объёма информации, определяющей вид реле или комплект реле.

Поле прямоугольника допускается разделять горизонтальными линиями на поля, содержащие информацию, касающуюся отдельных реле элементов.

При необходимости изображения нестандартных электроизмерительных приборов следует использовать сочетания соответствующих основных обозначений, например, комбинированный прибор показывающий и регистрирующий.

Для указания назначения электроизмерительного прибора в его обозначение вписывают условные графические обозначения, установленные ЕСКД, а также буквенные обозначения единиц измерения или измеряемых единиц, которые помещают внутри графического обозначения электроизмерительного прибора.

В обозначения электроизмерительных приборов допускается вписывать необходимые данные согласно действующим стандартам на электроизмерительные приборы. Если необходимо указать род тока, используют обозначение по ГОСТ 2. Если необходимо указать цвет лампы, допустимо использовать следующие обозначения: С2 — красный; С4 — красный; С5 — зелёный; С6 — синий; С9 — белый. Батарею из гальванических элементов допускается обозначать так же, как гальванический элемент.

При этом над обозначением проставляют значения напряжения батареи, например, напряжение 48 В. Допускается: указывать над изображением линии данные проводки род тока, напряжение, материал, способ прокладки, отметка проводки и т. Металлические конструкции, используемые в качестве магистралей заземления, зануления. Проводка пересекает отметку, изображённую на плане, сверху вниз или снизу вверх и не имеет горизонтальных участков в пределах данного плана. Переключатель на два направления без нулевого положения со степенью защиты от IP20 до IP Переключатель на два направления без нулевого положения со степенью защиты от IP44 до IP Блоки с выключателями и двухполюсной штепсельной розеткой для открытой установки со степенью защиты от IP20 до IP Блоки с выключателями и двухполюсной штепсельной розеткой для скрытой установки со степенью защиты от IP20 до IP Светильники и прожектора при раздельном изображении на плане оборудования и электрических сетей.

Светильник с лампой накаливания для специального освещения световой указатель , например, для запасного выхода. Светильник с лампой накаливания на кронштейне, на стене здания, сооружения для наружного освещения. Примечание: допускается светильник с люминесцентными лампами изображать в масштабе чертежа.

Светильник с разрядной лампой высокого давления на кронштейне для наружного освещения. Примечание: допускается трансформатор малой мощности изображать без прямоугольного контура. Условный графический и буквенный код элементов электрических схем.

Электрокомпоненты 37 Кабель и провод Светотехника Электрические машины 72 Электропривод 33 Щитовое оборудование 21 Промышленная автоматика 51 Измерительная техника 95 Высоковольтная техника 64 Низковольтная техника 36 Инструмент и принадлежности 19 Документация 2 Теория электротехники 25 Справочные данные Другое Справочник по кабелю и проводу 0.

При выполнении схемы на неполных листах должны выполняться следующие требования: — нумерация позиционных обозначений элементов должна быть сквозной в пределах установка; — перечень элементов должен быть общим; — при повторном изображении отдельных элементов на других листах схемы следует охранять позиционные обозначения, присвоенные им на одном из первых листов схемы.

Правила оформления принципиальных электрических схем В настоящее время принципиальные электрические схемы трансформаторных подстанций выполняют в соответствии с ГОСТ Обозначения в схемах Таблица. Обозначение условное графическое и буквенный код элементов электрических схем Наименование элемента схемы Графическое обозначение Буквенный код Машина электрическая.

Общее обозначение. Допускается увеличение диаметра окружности T Трансформатор и автотрансформатор с РПН с указанием схемы соединений обмоток T Трансформатор силовой, трёхобмоточный.

Начало обмотки указывается точкой Т Трансформатор напряжения ТV Два однофазных трансформатора натяжения, соединённых в открытый треугольник ТV Трансформатор натяжения трёхфазный, трёхобмоточный. Допускается применять для обозначений повреждений изоляции между проводами Обозначение прочих квалифицирующих символов Сопротивление: активное реактивное полное индуктивное реактивное ёмкостное реактивное Идеальный источник: тока напряжения Таблица.

Обозначения условные графические в электрических схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения. Выдержка из ГОСТ 2. Наименование Обозначение Квалифицирующие символы, поясняющие принципы работы коммутационных устройств 1. Функция : контактора выключателя разъединителя выключателя-разъединителя 2. Автоматическое срабатывание 3. Функция путевого или концевого выключателя 4.

Самовозврат 5. Отсутствие самовозврата 6. Дугогашение Контакты коммутационного устройства замыкающий размыкающий переключающий переключающий с нейтральным центральным положением Примеры построения обозначений контактных соединений Контакт контактора: замыкающий Размыкающий замыкающий дугогасительный размыкающий дугогасительный замыкающий с автоматическим срабатыванием Контакт: выключателя разъединителя выключателя-разъединителя Контакт концевого выключателя: замыкающий размыкающий Контакт, замыкающий с замедлением, действующим: при сбрасывании при возврате при срабатывании и возврате Контакт, размыкающий с замедлением, действующим: при сбрасывании при возврате при срабатывании и возврате Контакт, замыкающий нажимного кнопочного выключателя без самовозврата, с размыканием и возвратом элемента управления: автоматически посредством вторичного нажатия кнопки посредством вытягивания кнопки Примеры построения обозначений контактов коммутационных устройств 1.

Контакт, замыкающий выключателя: однополюсного трёхполюсного трёхполюсного с автоматическим срабатыванием максимального тока 2.

Разъединитель трёхполюсный 3. Выключатель-разъединитель 4. Выключатель электромагнитный реле 5. Перемычка коммутационная на размыкание Размеры Контакт коммутационного устройства: замыкающий размыкающий переключающий Таблица. Обозначения условные графические в схемах.

Разрядники, предохранители. Наименование Обозначение Искровой промежуток: двухэлектродный, общее обозначение трёхэлектродный Разрядник , общее обозначение Примечание. Если необходимо уточнить тип разрядника, то применяют следующие обозначения: разрядник вентильный и магнитовентильный разрядник шаровой Предохранитель пробивной Предохранитель плавкий , общее обозначение Примечание. Допускается в обозначении предохранителя указывать утолщённой линией сторону, которая остаётся под напряжением Выключатель-предохранитель Разъединитель-предохранитель Выключатель-разъединитель с плавким предохранителем Таблица.

Воспринимающая часть электромеханических устройств. Наименование Обозначение Воспринимающая часть электромеханических устройств Катушка электромеханического устройства : общее обозначение Примечание. Выводы катушки допускается изображать с одной стороны с одной обмоткой трёхфазного тока Катушка электромеханического устройства с дополнительным графическим полем Катушка электромеханического устройства с указанием вида обмотки : обмотка тока обмотка напряжения обмотка максимального тока обмотка минимального напряжения Катушка поляризованного реле Воспринимающая часть электротеплового реле Размеры Катушка электромеханического реле Воспринимающая часть электротеплового реле Катушка электромеханического устройства с дополнительным полем Реле защиты, комплект реле Общее обозначение Примечания.

Квалифицирующие символы приведены в ГОСТ 2. Приборы электроизмерительные. Наименование Обозначение Прибор электроизмерительный: показывающий регистрирующий интегрирующий например, счётчик электрической энергии Примечания. В обозначения электроизмерительных приборов допускается вписывать необходимые данные согласно действующим стандартам на электроизмерительные приборы Самопишущий комбинированный ваттметр и варметр Индикатор максимальной активной мощности, имеющий связь с ваттметром Счётчик времени Счётчик ватт-часов, измеряющий энергию, передаваемую в оном направлении Счётчик ватт-часов с регистрацией максимальной активной мощности Таблица.

Приборы электронагревательные. Наименование Обозначение Способы нагрева: дуговой плазменный электронный сопротивлением смешанный дуговой и сопротивлением индукционный Примечание. Промышленная печь Устройство электротермическое без камеры нагрева. Электронагреватель Электронагреватель: прямого нагрева косвенного нагрева Электропечь промышленная: прямого нагрева косвенного нагрева Примеры обозначений промышленных печей и электронагревателей Электропечь сопротивления общее обозначение Электронагреватель сопротивления общее обозначение Электропечь электродная общее обозначение Электропечь дуговая общее обозначение Размеры Установка электротермическая Электронагреватель Таблица.

Резисторы, конденсаторы, токосъёмники. Источники электромеханические. Стрелкой обозначается подвижный контакт Неиспользованный вывод допускается не изображать Конденсатор постоянной мощности Примечание.


Гост 2. 710-81 ескд. Обозначения буквенно-цифровые в.

Распиновкой называют обозначение контактов в разъемах, соответствующих схеме, но для монтажа в отверстиях. Функционально контакты соответствуют справочной нумерации. Распиновка разъема батареи, работающей с ноутбуком, потребуется в тот момент, когда батарея перестанет заряжаться. В каждом разъеме 6,7, 9 контактов, которые зеркальны на источнике энергии и потребителе. Но расположение контактов зависит от компоновки, и у производителей электронные схемы не совпадают.

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ. ИСТОЧНИКИ Батарея, состоящая из гальванических элементов. Примечание. Батарею из .

Обозначение батареи на схеме

Любые электрические цепи могут быть представлены в виде чертежей принципиальных и монтажных схем , оформление которых должно соответствовать стандартам ЕСКД. Эти нормы распространяются как на схемы электропроводки или силовых цепей, так и электронные приборы. Учитывая большое количество электроэлементов, для их буквенно-цифровых далее БО и условно графических обозначений УГО был разработан ряд нормативных документов исключающих разночтение. Ниже представлена таблица, в которой представлены основные стандарты. Таблица 1. Нормативы графического обозначения отдельных элементов в монтажных и принципиальных электрических схемах. Следует учитывать, что элементная база со временем меняется, соответственно вносятся изменения и в нормативные документы, правда это процесс более инертен. Вполне возможно, в ближайшее время это вопрос будет урегулирован.

Батарея уго гост

В данной статье покажем таблицу графических обозначений радиоэлементов на схеме. Этот материал предназначен для того, чтобы начинающему радиолюбителю было с чего начать. В различных технических изданиях такой материал встречается очень редко. Именно этим он и ценен. Эта разница важна только для органов государственной приёмки, а для радиолюбителя практического значения не имеет, лишь бы был понятен тип, назначение и основные характеристики элементов.

Автор опровергает распространенное заблуждение, будто чтение радиосхем и их использование при ремонте бытовой аппаратуры доступно лишь подготовленным специалистам.

12. Источники питания, электродвигатели, линии связи

Нужны еще сервисы? Архив Каталог тем Добавить статью. Как покупать? Для автономного питания радиоэлектронной аппаратуры широко используют электрохимические источники тока — гальванические элементы и аккумуляторы. Буквенный код элементов питания — G. УГО [ 11 ] напоминает символ конденсатора постоянной ёмкости — параллельные линии разной длины: короткая обозначает отрицательный полюс, длинная — положительный рис.

БАТАРЕЙКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Условные графические обозначения в проектах отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и теплохолодоснабжения. Тарабанов, канд. Приложение 1 Условные обозначения систем вентиляции. Таблица 1. Приложение 2 Условные обозначения трубопроводов. Таблица 2. Приложение 3 Условные обозначения оборудования. Таблица 3.

Варианты обозначения батареи последовательно соединённых гальванических элементов на принципиальных электрических схемах. Гальванические элементы, батареи элементов и батареи аккумуляторов. Батарея (фр. batterie) — два или более соединённых параллельно или последовательно.

Машина синхронная трехфазная неявнополюсная с обмоткой возбуждения на роторе; обмотка статора соединена в треугольник. Переключатель двухполюсный трехпозиционный с нейтральным положением Батарея, состоящая из гальванических гостов с переключаемым отводом уго. Некоммерческая онлайн система, содержащая все Российские Госты, национальные Стандарты и госты.

Батарея фр. В электротехнике источники электроэнергии гальванические элементы, аккумулятор , термоэлементы или фотоэлементы соединяют в батарею, чтобы получить напряжение , снимаемое с батареи при последовательном соединении , силу тока или ёмкость при параллельном соединении , образованного источника больше, чем может дать один элемент. Прародителем батареи последовательно соединённых электрохимических элементов можно считать вольтов столб , изобретённый Алессандро Вольта в году, состоящий из последовательно соединённых медно-цинковых гальванических элементов. Батарейкой в обиходе обычно не совсем корректно называют одиночные гальванические элементы например, типа АА , которые обычно в источниках питания устройств соединяются в батарею для получения необходимого напряжения. Батареей называют и цепь, содержащую только пассивные электрические элементы: резисторы для увеличения рассеиваемой мощности или изменения сопротивления , конденсаторы для увеличения ёмкости или увеличения рабочего напряжения , изменения ёмкости. Такие устройства, снабжённые элементами коммутации — переключателями, гнёздами и т.

Unified system of design documentation.

Для автономного питания радиоэлектронной аппаратуры широко используют электрохимические источники тока — гальванические элементы и аккумуляторы. Буквенный код элементов питания — G. Обозначение напоминает символ конденсатора постоянной ёмкости — параллельные линии разной длины: короткая обозначает отрицательный полюс, длинная — положительный рис. Знаки полярности на схемах можно не указывать. Поскольку для питания приборов чаще всего требуется напряжение, большее того, что обеспечивает один элемент или аккумулятор, их соединяют в батарею.

Электростанции ЭС и подстанции ПС — обозначения без конкретизации конструктивного исполнения при необходимости различения действующих и проектируемых объектов в первом случае применяется штриховка , ГОСТ 2. Машины электрические, ГОСТ 2. Трансформаторы и автотрансформаторы, ГОСТ 2.


Химические источники тока.

Обозначение на схеме и устройство химических источников тока

К химическим источникам тока причисляют гальванические элементы и аккумуляторы. Есть и другие химические источники тока, но они менее распространены. В обиходе гальванический элемент получил название батарейка. Это не совсем верное определение, так как батарейкой можно назвать несколько отдельных гальванических элементов соединённых вместе – это и есть батарея питания или батарейка.

Узнайте подробнее о правильном соединении элементов питания.

На принципиальных схемах гальванический элемент обозначается так.

Так обозначают один гальванический элемент или один элемент аккумулятора.

Но поскольку номинальное напряжение на одном гальваническом элементе обычно не более 1,5 вольта, их соединяют в батареи питания. Батарея питания на принципиальной схеме обозначается вот так.

Здесь показано, что батарея питания состоит из двух отдельных гальванических элементов. Общее напряжение на полюсах этой составной батареи — 3 вольта из расчёта, что каждый из элементов имеет на полюсах напряжение 1,5 вольта. Также на схемах можно встретить и такое обозначение.

Это тоже условное изображение батареи питания или батарейки на принципиальной схеме, только здесь не уточняется, сколько именно гальванических элементов используется в батарее, а указано лишь общее напряжение на полюсах батареи.

Одиночный аккумуляторный элемент обозначается на схемах так же, как и отдельный гальванический элемент. Номинальное напряжение одного аккумуляторного элемента обычно составляет около 1,25 вольт. Чтобы получить аккумулятор с большим напряжением аккумуляторные элементы соединяют вместе – получается аккумуляторная батарея или просто аккумулятор. Обозначение аккумуляторной батареи на схемах такое же, как и батареи, составленной из гальванических элементов.

Чем гальванический элемент отличается от аккумулятора?

Дело в том, что гальванический элемент сам является источником постоянного тока, который образуется за счёт необратимой химической реакции. Гальванический элемент причисляют к первичным источникам тока.

Аккумулятор является так называемым вторичным источником тока. Почему? Потому, что перед тем, как использовать аккумулятор, его нужно предварительно зарядить от источника постоянного тока — зарядника. Только после полной зарядки аккумулятор сможет питать электронное устройство. Отличительным качеством аккумуляторов является то, что их можно заряжать и разряжать много раз. В отличие от аккумулятора, гальваническая батарея питания после своего полного разряда не может быть использована повторно.

Какие существуют батарейки?

Наибольшее распространение в настоящее время получили щелочные батареи питания. Их ещё называют алкалиновыми – производное от английского слова alkaline – «щелочь».

Работа щелочной батарейки основана на окислительно-восстановительной химической реакции между цинком и диоксидом марганца. Результатом, а точнее полезным продуктом этой реакции является электрический постоянный ток и тепло, которое не используется. Электрическая ёмкость щелочной батарейки составлет около 1700 — 3000 мАч. По величине своей ёмкости, щелочные батарейки лидируют по сравнению с солевыми батарейками, электроёмкость которых меньше и составляет 550 — 1100 мАч.

Щелочная батарейка устроена следующим образом. Взглянем на рисунок.

Корпусом элемента является никелированный стальной стакан. Он же является плюсовым контактом батарейки «+». Активная масса представляет собой смесь диоксида марганца (MnO2) и графита. Анодная паста – это смесь порошка цинка (Zn) и густого щелочного электролита. Электролитом обычно служит раствор гидроксида калия (KOH). Анодная паста отделена от активной массы сепаратором. Сепаратор разделяет реагенты, исключая их перемешивание и нейтрализацию заряда. Также сепаратор пропитан электролитом.

Отрицательный потенциал снимается с латунного стержня, который окружён анодной пастой. Стальная тарелка контактирует с латунным стержнем – токосъёмником и является отрицательным контактом элемента «».

Прокладка изолирует никелированный стальной стакан от стальной тарелки, препятствуя тем самым короткому замыканию. Кроме этого прокладка сдерживает давление газа, который в незначительном количестве образуется при химической реакции. В толще прокладки имеется защитный клапан или по-другому предохранительная мембрана. Защитный клапан служат для того, чтобы при чрезмерном давлении газа сработать и выпустить его наружу. Это предотвращает взрыв щелочного элемента, но и приводит к его разгерметизации. Как правило, разгерметизация приводит к течи электролита.

Иногда, забыв вынуть уже подсевшие батарейки, через некоторое время можно обнаружить, что в батарейном отсеке появилась какая-то жидкость. Это и есть потёкший электролит. Он может вызвать коррозию контактов. Поэтому на упаковке с батарейками можно найти предупреждение о том, что севшие элементы нужно вынимать из электроприборов. Теперь вы знаете, зачем это нужно делать.
Итак, с устройством разобрались, теперь поговорим о том, как работает щелочной элемент.

Как работает щелочной элемент.

Для начала, маленькое отступление…
Как вы заметили, почему то анодная паста соединяется с помощью токосъёмника с отрицательным контактом элемента – стальной тарелкой. А ведь анод – это «+». Получается нестыковочка…

В чём тут дело? А дело в том, что в электронике есть один каламбур. По умолчанию, за направление тока в электрической цепи считается направление от плюса (анода) к минусу (катоду) – так повелось ещё с тех времён, когда электроника ещё зарождалась.

Но ведь электрический ток, как известно, это упорядоченное движение электронов, которые имеют отрицательный заряд. И поэтому, ток течёт оттуда, где есть избыток электронов, в направлении, где есть нехватка отрицательных зарядов (это и есть плюс – недостаток электронов). При этом получается, что ток течёт в реальности от отрицательного контакта к положительному. Именно поэтому образуется эта нестыковка, которая порой вводит начинающих радиолюбителей в ступор.

В электрохимии анодом принято считать тот электрод, на котором происходит процесс окисления. Так вот в щелочной батарейке (и не только) на аноде в результате окисления образуется избыток электронов. То есть по сути – это катод, «минус». Но, как уже говорилось, в электрохимии всё наоборот. Итак, электроны вырабатываются анодной пастой – смесью цинкового порошка (Zn) и густого электролита (раствора KOH).

Катодом же считается электрод, где происходит реакция восстановления. Далее электроны, которые были получены в результате реакции окисления, проходят по электрической цепи электронного прибора, и возвращаются опять в батарейку, но уже на катод, где эти электроны используются для восстановительной химической реакции. Катод – это диоксид марганца. Токоприёмником катода служит никелированный стальной стакан, который контактирует с активной массой – диоксидом марганца (MnO2).

Вот такая игра в наоборот. Напомню ещё раз, что в электронике за направление тока в цепи считается направление от плюса-«анода» к минусу-«катоду». В электрохимии всё наоборот. С этим и связаны особенности в названии реагентов химического источника тока.

Можно ли заряжать батарейки?

Также часто можно слышать вопрос: «Можно ли заряжать батарейки?» Ответим: «Лучше не стоит». Дело в том, что для вырабатывания электрической энергии в батарейках используется необратимая химическая реакция. Поэтому батарейка и является первичным источникам тока.

А вот в аккумуляторах используется обратимая химическая реакция, которая позволяет заряжать и разряжать их множество раз. Поэтому аккумуляторы и называют вторичными источниками тока.

Несмотря на это, известно, что щелочные элементы допускают перезарядку, т.е. их можно зарядить и использовать повторно. Но такие, перезаряжаемые щелочные элементы имеют свою особую конструкцию. Также стоит отметить, что даже такие элементы нельзя перезаряжать много раз, обычно не более 25. В широкой продаже такие щелочные элементы не встречаются. Их маркируют как Rechargeable Alkaline Manganese.

Из всего этого следует, что заряжать обычные щелочные батарейки категорически не стоит. Такие эксперименты могут завершиться взрывом батарейки и разбрызгиванием электролита. А это не есть гуд +опасно для здоровья .

Чтобы замедлить химическую реакцию в щелочном элементе и, тем самым, продлить срок её хранения и снизить саморазряд батареи, в них раньше добавляли кадмий и ртуть. Эти вещества замедляли химическую реакцию, и цинк окислялся медленнее. Но, из-за токсичности ртути и кадмия их сейчас не используют, а применяют другие, менее вредные ингибиторы.

На многих батарейках можно даже увидеть надпись – 0% кадмия и ртути или 0% Hg & Cd. Это своеобразный маркетинговый ход, как бы намекающий на то, что данные батарейки безопасны.

Если вы с успехом дошли до этих строк, то теперь вас можно поздравить, ведь теперь вы знаете, как устроена и работает щелочная батарейка. И поэтому её и не обязательно разбирать . Кроме щелочных элементов питания существуют и другие, но об их устройстве мы расскажем в другой раз.

 

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Способы соединения элементов питания.

«Питайтесь» правильно!

При питании радиоаппаратуры от батареек и аккумуляторов полезно знать распространённые схемы соединения батарей и аккумуляторов. Дело в том, что каждый вид батареек имеет допустимый разрядный ток.

Разрядный ток – наиболее оптимальное значение тока, который потребляется от батареи. Если потреблять от батарейки ток, превышающий разрядный, то надолго этой батарейки не хватит, она не сможет полностью отдать свою расчётную мощность.

Наверное, замечали, что для электромеханических часов используются “пальчиковые” (формата АА) или “мизинцевые” (формата ААА) батарейки, а для переносного лампового фонаря батарейки побольше (формат R14 или R20), которые способны отдать значительный ток и имеют большую ёмкость. Размер батарейки имеет значение!

Иногда требуется обеспечить батарейное электропитание прибора, который потребляет значительный ток, но стандартные батареи (например R20, R14) не могут дать необходимый ток, он для них выше разрядного. Что делать в этом случае?

Ответ прост!

Необходимо взять несколько однотипных батареек и соединить их в батарею.

Параллельное соединение элементов питания.

Так, например, если необходимо обеспечить значительный ток для аппарата применяют параллельное соединение батареек. В таком случае общее напряжение составной батареи будет равно напряжению одного элемента питания, а разрядный ток будет во столько раз больше, сколько батареек применяется.

На рисунке составная батарея из трёх 1,5 вольтовых батареек G1, G2, G3. Если учесть, что среднее значение разрядного тока для 1 батарейки формата АА 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), то  разрядный ток составной батареи составит 3 * 7,5 = 22,5 mA. Вот так, приходится брать количеством.

Последовательное соединение элементов питания.

Бывает, что необходимо обеспечит напряжение 4,5 – 6 вольт, применяя батарейки на 1,5 вольта. В таком случае нужно соединить батарейки последовательно, как на рисунке.

Разрядный ток такой составной батареи составит значение для одного элемента, а общее напряжение будет равно сумме напряжений трёх батареек. Для трёх элементов формата АА (“пальчиковых”) разрядный ток составит 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), а суммарное напряжение – 4,5 Вольт.

Итак, подведём итоги.

  • Если необходимо обеспечить значительный ток, то применяется параллельное соединение элементов питания. Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для параллельно составленной батареи питания:

    I=IG1* N  — общий разрядный ток параллельно составленной батареи.

     где N – количество однотипных элементов питания.

    IG1 – разрядный ток одного элемента питания.

    U=UG1 — общее напряжение параллельно составленной батареи.

    где UG1 – напряжение одного элемента питания.

    Понятно, что никакого выигрыша по напряжению при параллельном соединении мы не получим.

  • Если требуется обеспечить напряжение в разы большее напряжения отдельного элемента питания, то применяется последовательная схема соединения.

    Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для последовательно составленной батареи питания:

    U=UG1* N — общее напряжение последовательно составленной батареи.

    I=IG1 — общий ток последовательно составленной батареи.

    В таком случае мы получаем выигрыш по напряжению.

  • А как быть, если необходимо получить выигрыш и по напряжению и по току? Тогда применяется смешанное соединение элементов питания.

    Взгляните на рисунок, думаю, Вам всё станет понятно.

    При таком соединении составная батарейка из 6 элементов типоразмера АА обеспечит напряжение 4,5 Вольт и разрядный ток на нагрузке в 200 Ом – 2 * 7,5 = 15mA.

Рассчитывается всё довольно просто. Сначала, вычисляем напряжение на 3 последовательно соединённых элементах одного из плеч. Ток последовательно соединённых элементов будет равен току одного элемента.

Далее складываем токи каждого плеча из трёх элементов. В данном случае у нас два плеча. Напряжение параллельно соединённых элементов равно напряжению одного элемента. Здесь 3 последовательно соединённых батарейки представляют как бы один элемент питания на 4,5 Вольт.

В радиолюбительской практике не всегда необходимо вычислять разрядный ток, так как потребляемый приборами ток, как правило, нестабилен, всё зависит от режима работы конкретного аппарата.

Понятно, что магнитола потребляет больший ток в режиме воспроизведения, нежели в режиме прослушивания радио. В режиме воспроизведения ток потребления возрастает из-за работы двигателя протяжки ленты, тогда как в режиме радио необходимо лишь усилить принятый сигнал.

Необходимо просто правильно оценивать токовую нагрузку на составную батарею, ведь некоторые приборы могут потреблять значительный ток и в таких случаях можно добавить пару дополнительных элементов питания. В таком случае автономное время работы Вашего прибора возрастёт.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Расшифровка стандартов батарей — Battery Service 🔋 Обслуживание аккумуляторов ⚡

ССА (Cold Cranking Amps) — Ток холодной прокрутки (США)

CA (Cranking Amps) — Ток прокрутки

MCA (Marine Cranking Amps) = CA — Ток прокрутки, применяется для морских батарей, как правило выше CCA на 20%.

JIS (Japanese Industrial Standart) — Японский промышленный стандарт

DIN (Deutsche Industre-norm) — Немецкий промышленный стандарт

EN (European Norm) — Европейская норма, в т.ч. ГОСТ РФ

IEC (International Electrotecnical Commision) — Международная электротехническая комиссия

Любой из приведенных стандартов может применяться для измерения тока прокрутки для стартерных батарей и батарей двойного назначения.

В Европе и РФ применяется стандарт EN, для японских аккумуляторных батарей применяется JIS, немецкие аккумуляторные батарей — DIN, EN

Код Батареи Ампер-часов (А·ч) Вольт (В) ССА: Ток холодной прокрутки Длина (мм) Высота (мм) Высота (мм) Вес (кг) Клемма
Battery size code Amp — Hour (Ah) Volt (V) CCA Length (MM) Width (MM) Height (MM) Weight (KG) Terminal
004 50 12 400 205 175 225 14 T1
005 60 12 450 230 175 225 16 T1
008 50 12 400 205 175 225 14 T1
009 30 12 260 167 127 227 9 T3
012 45 12 360 207 175 190 13 T1
012T 55 12 460 207 175 190 13 T1
014 60 12 450 230 175 225 16 T1
017 88 12 730 354 175 190 23 T1
019 95 12 850 354 175 190 25 T1
019T 100 12 900 354 175 190 24 T1
020 110 12 850 392 175 190 26 T1
024 90 12 740 352 175 175 22 T1
027 60 12 540 243 175 190 16 T1
027T 62 12 550 243 175 190 16 T1
030 70 12 570 258 173 225 19 T1
031 70 12 570 258 173 225 19 T1
037 35 12 265 239 133 206 11 T4
038 35 12 265 239 133 206 11 T1
048 45 12 350 220 135 225 13 T1
049 45 12 350 220 135 225 13 T1
053 45 12 380 238 129 227 13 T1
054 33 12 260 187 127 220 9 T1/T3
055 33 12 260 187 127 220 9 T1/T3
056 36 12 330 187 127 220 11 T1/T3
057 45 12 380 238 129 227 13 T1
063 45 12 380 207 175 175 12 T1
063T 47 12 425 207 175 175 14 T1
065 54 12 470 243 175 175 14 T3
069 70 12 570 270 175 205 20 T1
072 70 12 570 265 175 205 20 T1
075 60 12 550 243 175 175 16 T1
075T 60 12 590 243 175 175 16 T1
077 45 12 380 207 175 190 12 T1
078 59 12 495 243 175 190 15 T1
085 45 12 380 207 175 175 12 T4F
086 75 12 650 278 175 190 19 T1
093 48 12 500 207 175 175 13 T4F
095 68 12 650 278 175 175 18 T4F
096 75 12 650 278 175 190 19 T1
096T 80 12 680 278 175 190 19 T1
097 59 12 510 243 175 175 14 T4F
100 70 12 650 278 175 175 18 T1
100T 70 12 680 278 175 175 18 T1
102 38 12 330 160 175 190 10 T1
110 75 12 680 317 175 175 20 T1
110T 80 12 720 317 175 175 21 T1
111 50 12 530 236 182 178 16 T1
113 50 12 530 236 182 178 16 T1
156 45 12 380 238 129 227 13 T3
202 38 12 330 175 175 190 10 T1
334 95 12 700 303 174 222 24 T1
335 95 12 700 303 174 222 24 T1
412P 84 6 480 158 165 219 12 T1
012T 55 12 460 207 175 190 13 T1
895 26 12 200 187 127 181 7 T4
896 26 12 200 187 127 181 7 T4


Повышение ресурса и энергоотдачи аккумуляторных батарей

Вторичные ХИТ, или аккумуляторы, предназначены для многократного использования, после разряда их можно зарядить, пропуская электрический ток в обратном направлении. При разряде аккумулятор работает как первичный ХИТ, при этом происходит преобразование химической энергии исходных активных веществ в электрическую энергию. При заряде аккумулятора электрическая энергия, поступающая от внешнего источника, превращается в химическую энергию, а, соответственно, продукты разряда — в исходные активные вещества. В процессе разряда изменяется состав активных веществ, содержащихся в аккумуляторе, поэтому изменяется и напряжение на его выводах. На рис. 1 приведена обобщенная разрядная кривая аккумулятора, где показана зависимость выходного напряжения аккумулятора от времени разряда при заданном токе разряда.

Рис. 1. Разрядная кривая ХИТ

Один из главных параметров вторичных ХИТ — их емкость (обозначение C). Емкость аккумулятора — это количество электричества, отдаваемое аккумулятором при его разряде до достижения им конечного напряжения (Uкон), оно определяется как произведение разрядного тока и времени разряда. Номинальная емкость — та емкость, которую должен отдать свеже­изготовленный и полностью заряженный аккумулятор в нормальных условиях разряда, указанных в стандарте на данный тип аккумуляторов, при постоянном токе разряда. С увеличением тока разряда измеряемое значение емкости аккумулятора уменьшается, причем емкость аккумуляторов не остается постоянной в течение всего срока их службы.

Емкость зависит от количества активных веществ, температуры, режима разряда и многих других факторов. Зависимость емкости от температуры имеет сложный характер, с уменьшением температуры при разряде емкость ХИТ обычно снижается. При превышении температуры также наблюдается снижение емкости, что обычно обусловлено ускорением побочных реакций саморазряда. Кроме потерь энергии и расхода реагентов, тепловые токи саморазряда приводят к неравномерности работы отдельных аккумуляторных элементов и, соответственно, к сокращению срока службы элементов, работающих при более высокой температурной нагрузке. Поскольку конкретное значение емкости зависит от тока разряда, конечного напряжения и температуры, то в условном обозначении аккумулятора указывают емкость, соответствующую определенному разрядному режиму и температуре. В процессе эксплуатации емкость некоторое время держится стабильно, а потом начинает постепенно уменьшаться вследствие старения активных масс аккумулятора.

Таким образом, при заряде в аккумуляторе в виде химической энергии накапливается электрическая энергия от внешнего источника; при разряде она возвращается потребителю. Большинство аккумуляторов допускает проведение большого числа таких циклов заряда-разряда (сотни и тысячи), а общая длительность их работы велика, хотя и является прерывистой (цикличной).

По конструкции аккумуляторы бывают негерметичные, герметизированные и герметичные. Каждая конструкция формирует свои специфические требования к эксплуатации аккумуляторов конкретного типа.

Эксплуатация аккумуляторов, как правило, связана именно с проведением определенного количества циклов заряд-разряд. Периодический заряд и последующий разряд аккумуляторов называют «циклирование аккумуляторов». Следует отметить, что циклы бывают рабочими и технологическими.

Срок службы (срок эксплуатации) аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда-разряда, которые он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного снижения своих основных параметров, таких как емкость, величина саморазряда и внутреннего сопротивления. Кроме того, срок службы определяется временем, прошедшим со дня изготовления. Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости до 60–80% от номинального значения. Срок службы аккумулятора зависит от различных факторов: от электрохимической системы, от методов заряда и глубины разряда, от условий эксплуатации и процедуры обслуживания. Химические изменения, приводящие к сокращению срока службы, начинаются сразу же после выпуска аккумулятора на заводе. Эти изменения ускоряются при использовании высоких значений как тока заряда, так и тока разряда, что приводит к росту температуры процесса и необратимым потерям емкости. Конечно, при эксплуатации аккумуляторов потери емкости неизбежны, но их можно снизить до минимума при соблюдении определенных правил при заряде, разряде и просто хранении источника тока.

Напряжение отдельного аккумуляторного элемента невысокое, в зависимости от используемой электрохимической системы оно колеблется в пределах 0,5–4 В. И тогда, когда требуются другое, более высокое напряжение или больший ток, используются разнообразные схемы соединения аккумуляторов. Когда аккумуляторы объединены в одну из таких схем, их называют аккумуляторной батареей (АБ). Широкое распространение получили аккумуляторы с выходными напряжениями 1,2 и 2,1 В; по электрохимическим системам это никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы, из которых и собирают батареи.

Наибольшее распространение имеют схемы соединения аккумуляторов, приведенные на рис. 2–4.

Для обеспечения необходимых токов или напряжений в системах электропитания (СЭП) единичные аккумуляторы подходят редко, так как их напряжение определяется электрохимической системой и видом химической реакции. Схема электрического соединения аккумуляторов в батарее и их тип определяются напряжением, мощностью или требованиями по надежности. Если напряжения элемента недостаточно, несколько элементов соединяют в батарею. Чаще всего используют последовательное соединение, при котором соединяются разноименные полюса (минус к плюсу), как видно на рис. 2. При этом напряжение и ЭДС суммируются:

Рис. 2. Схема последовательного электрического соединения аккумуляторов в батарее

Общая емкость батареи из n последовательно включенных элементов равна емкости одного элемента:

Cбат = Cэ.

Энергия, запасаемая в батарее, возрастает с ростом количества элементов в n раз:

Wбат =Uбат Cэ = n Uэ Cэ.

Разность потенциалов возникает на границе раздела электрод-электролит. В единичном ХИТ таких границ две, поэтому их напряжения алгебраически суммируются. При последовательном включении нескольких ячеек все границы раздела электрод-электролит включаются друг за другом, и в сумму нужно алгебраически включать все эти границы. Количество элементов не ограничено. Например, в 1803 году был изготовлен Вольтов столб из 2100 элементов!

Параллельное соединение (рис. 3) применяется для увеличения силы тока, что требуется реже, поскольку этого можно добиться, используя более крупные ХИТ. При параллельном соединении допустимо соединять вместе только одинаковые полюса (плюс к плюсу, минус к минусу). Здесь тем более все элементы должны быть одинаковыми, чтобы исключить взаимное шунтирование. При этом суммируются емкость и энергия, а общее напряжение равно напряжению единичного элемента:

Рис. 3. Параллельное соединение аккумуляторов в АБ

Uбат = Uэ; C = n C; Wбат = n Wэ.

Наконец, возможна комбинированная коммутация (рис. 4). В этой схеме применяется и параллельное, и последовательное соединение аккумуляторов.

Рис. 4. Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов в АБ

Эта схема содержит недостатки обеих схем.

Как правило, в автономных СЭП используют последовательное соединение аккумуляторов в батарее, поскольку оно создает меньше всего разнообразных проблем при их эксплуатации, если не брать в расчет надежность последовательного соединения.

Однако при переходе к группам из объединенных аккумуляторов, то есть батареям, положение осложняется неидентичностью характеристик аккумуляторов, включенных в последовательную цепь. Как правило, в батарее должны быть только одинаковые аккумуляторы — одной и той же электрохимической системы одинакового типоразмера, конструктивного и технологического исполнения, одинаковых емкостей и других одинаковых параметров. Но и в этом случае причиной выхода батареи из строя обычно является нефункционирование одного из последовательных элементов. Согласно теории вероятности, надежность многоэлементных батарей (последовательного соединения) падает с ростом числа аккумуляторов в батарее.

Сложность технологического процесса изготовления аккумуляторов приводит к колебаниям фактической емкости и других параметров отдельных элементов. В технической документации гарантируется нижний предел емкости без ограничения ее верхнего значения. У различных типов аккумуляторов превышение фактической емкости над гарантированной может достигать 20–30% от номинального значения. Несмотря на контроль изготовителя, наблюдается и разброс характеристик, вызванный технологическими допусками. Однако разброс характеристик аккумуляторов может также возрастать как при их хранении, так и при эксплуатации.

С ростом рабочей температуры ускоряются нежелательные химические и физические процессы в активных массах аккумуляторов, поэтому для каждого типа ХИТ существует максимально допустимая температура и соответствующий ей критический ток, значение которого необходимо снижать с ростом температуры окружающей среды.

Из всего изложенного следует, что для стабильной работы батареи и для обеспечения длительного циклирования необходим дополнительный подбор аккумуляторов по их основным характеристикам — в таком случае этот процесс называют комплектованием батареи.

Однако при глубоких разрядах, независимо от критериев комплектования и используемого режима, различие параметров по аккумуляторам приводит к тому, что при разряде один из элементов может разрядиться ранее других, а при дальнейшем протекании тока происходит перезаряд этого элемента и изменение полярности электродов, то есть переполюсовка. В таком случае данный элемент начинает работать не в режиме разряда, а в режиме обратного заряда (рис. 5), с протеканием побочных электрохимических реакций, что сокращает срок службы и приводит к снижению фактической мощности батареи.

Рис. 5. Переполюсовка аккумуляторов в АБ

Переполюсовка аккумуляторов в процессе эксплуатации и технического обслуживания недопустима, так как вызывает существенное снижение их ресурса или даже полный выход из строя. Возникновение переполюсовки поясняется на рис. 5, где в качестве примера показана переполюсовка аккумулятора U3 под действием общего тока нагрузки.

В связи с наличием несимметрии параметров эксплуатация герметичных аккумуляторов в составе батареи требует обязательного контроля напряжения батареи при ее разряде, а автоматического отключения от нагрузки при снижении напряжения до определенного уровня. Однако при большом числе аккумуляторов в батарее защита от переполюсовки отдельных аккумуляторов путем предотвращения разряда по достижении напряжением нижнего предела (по батарее) оказывается неэффективной.

Увеличение несимметрии по аккумуляторам может быть вызвано также и зарядом АБ. При начале заряда аккумуляторной батареи отдельные аккумуляторы могут быть едва заряженными, а другие — иметь значительный заряд из-за разброса параметров аккумуляторов. В связи с этим при длительном циклировании АБ разброс по значениям накопленной энергии аккумуляторами батареи может возрастать.

В процессе эксплуатации АБ необходимо проводить обязательные регламентные работы, без выполнения которых о ресурсе и максимальной энергоотдаче не может быть и речи. К таким работам следует отнести заряд (подготовительный к работе), контролируемый разряд (обеспечение нагрузки электрической энергией при соблюдении ряда обязательных параметров), контрольно-тренировочные циклы (КТЦ) и дополнительные технологические работы.

Если в процессе эксплуатации требуется высокая надежность аккумуляторной батареи, то в ней проводится поэлементный контроль основных параметров аккумуляторов. Чтобы уменьшить влияние несимметрии элементов аккумуляторной батареи (аккумуляторов) по их электрохимическим характеристикам и неравномерной деградации их характеристик в процессе эксплуатации, необходимо периодически осуществлять как бы выравнивание элементов по их запасаемой энергии. Потребность в выравнивании элементов аккумуляторной батареи по запасаемой энергии обусловлена различными коэффициентами использования зарядного и разрядного токов аккумулятора, которые зависят от многих свойств материалов, применяемых при производстве, и от технологического разброса по параметрам самих аккумуляторов. Поэтому существует метод, позволяющий выровнять элементы аккумуляторной батареи: на определенный момент времени необходимо аккумуляторы, которые уже зарядились, не заряжать, а не совсем заряженные аккумуляторы — заряжать. Такой метод выравнивания при заряде носит название «выравнивание сверху». Подобное выравнивание можно осуществить только в аккумуляторных батареях, где элементы не критичны к некоторому перезаряду. К таким системам относятся негерметичные свинцово-кислотные и железо-никелевые батареи. Для ликвидации возникшего в процессе многократного циклирования разброса параметров аккумуляторов в батарее из негерметичных элементов проводят так называемые уравнительные заряды. В процессе перезаряда отдельных элементов в них происходит разложение воды электролита на водород и кислород, с последующей вентиляцией рабочих объемов через дренажные отверстия в атмосферу.

По окончании технологического процесса выравнивания проводится долив дистиллированной воды в электролит тех элементов батареи, где он понизился. Такой метод дозаряда отдельных аккумуляторов позволяет сообщить всем аккумуляторам необходимое количество энергии и тем самым максимально возможно выравнять элементы батареи по запасаемой энергии. Следует отметить, что без использования методов выравнивания разбаланс аккумуляторов по степени заряженности может достигать 50%.

В батарее из герметичных аккумуляторов подобная операция неосуществима. При перезаряде герметичных аккумуляторов газы из разлагающегося электролита не имеют возможности выделяться в атмосферу, и под их воздействием происходит рост давления внутри аккумуляторов, что способно привести к нарушению целостности корпуса и, соответственно, выходу из строя аккумулятора.

На современном этапе создания и эксплуатации систем электро­питания автономных объектов практически единственным источником электрической энергии является электрическая аккумуляторная батарея, причем ресурс работы объекта (при отсутствии возможности замены аккумуляторов) напрямую связан со сроком службы АБ. В связи с этим наиболее остро стоит вопрос повышения срока службы АБ, являющейся в настоящее время наименее надежным элементом системы электропитания автономных объектов. Поэтому задача повышения ресурса АБ решается как разработкой новых аккумуляторов и прогрессивных технологий их изготовления, так и путем создания новых способов эксплуатации АБ и технических средств их реализации.

Широкое применение в СЭП автономных объектов находят герметичные никель-кадмиевые и никель-водородные аккумуляторы. Герметичность аккумуляторов требует при их компоновке в батарею соблюдения определенных условий, которые предъявляются как к конструкции батареи, так и к технологии сборки и эксплуатации. А использование герметичных аккумуляторов предполагает обеспечение условий их герметичности, заключающихся в том, что избыточное газовыделение в процессе эксплуатации аккумуляторов либо исключается, либо выделяющиеся газы поглощаются внутри аккумулятора.

Ряд систем герметичных аккумуляторов обладает не совсем хорошим свойством, именуемым «эффект памяти». Эффект памяти — это обратимая потеря емкости аккумулятора, связанная с неблагоприятными условиями эксплуатации. Он развивается вследствие заряда не полностью разряженных аккумуляторов и характерен только для аккумуляторов на основе никеля. Таким образом, элемент «запоминает» предыдущую величину разряда и в дальнейшем не отдает своей номинальной емкости, что приводит к снижению разрядной емкости и, следовательно, срока службы аккумулятора. Сильнее всего эффект памяти проявляется именно в герметичных никель-кадмиевых аккумуляторах. Дело в том, что в аккумуляторах на основе никеля рабочее вещество находится в виде мелких кристаллов, обеспечивая максимальную площадь соприкосновения с электролитом. С каждым циклом заряда-разряда рабочее вещество постепенно изменяет свою структуру, сокращая при этом площадь активной поверхности. Как следствие, снижается напряжение и уменьшается емкость. При неблагоприятных условиях эксплуатации кристаллы укрупняются до размеров, в 150 раз превосходящих первоначальные. В некоторых случаях острые грани кристаллов прокалывают сепаратор, вызывая высокий саморазряд или короткое замыкание внутри структуры аккумулятора.

Для предотвращения эффекта памяти необходимо проводить тренировку аккумулятора. Тренировка — это периодические (3–4 раза) циклы заряда и последующего разряда аккумулятора до напряжения глубокого разряда.

Глубокий разряд никель-кадмиевого аккумулятора (до напряжения 0,4–0,5 В), в процессе которого происходит уменьшение размера зерен активной массы, способствует восстановлению емкости аккумулятора и «сбросу» зафиксированного уровня. Таким образом, глубокий периодический разряд является лечебно-профилактическим средством, благотворно сказывающимся на «здоровье» аккумулятора.

Однако при проведении глубоких разрядов не следует забывать о возможной переполюсовке отдельных аккумуляторов в батарее.

В герметичных АБ, в частности выполненных из никель-кадмиевых аккумуляторов, используют «выравнивание снизу».

Этот метод заключается в разряде всех аккумуляторов батареи до нулевого напряжения, то есть проводится симметрирование аккумуляторов по нулевому значению напряжения, а соответственно, и емкости. Для этого в батареях из герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов рекомендуется предусматривать выводы от каждого аккумулятора по схеме, представленной на рис. 6.

При использовании этих выводов осуществляется поэлементный доразряд и контроль напряжения аккумуляторов. В промышленно изготавливаемых АБ таких выводов нет, хотя они очень нужны для нормального технологического обслуживания батарей из герметичных аккумуляторов.

Поэлементный доразряд аккумуляторов батареи на отдельные резисторы по схеме «чет-нечет» проводится во избежание переполюсовки отдельных аккумуляторов, из-за возникновения частных контуров. По данной схеме обеспечивается достаточно полное восстановление характеристик аккумуляторов по уровню их заряженности и снятие эффекта памяти.

 

Критерии оценки состояния аккумуляторов и аккумуляторных батарей

В процессе эксплуатации и технологического обслуживания аккумуляторных батарей остро стоит вопрос получения достоверной информации о состоянии аккумуляторов, составляющих батарею. Как правило, в СЭП автономных объектов в качестве основного критерия оценки состояния АБ используется напряжение на зажимах аккумуляторов, а также давление газа внутри аккумуляторов и их энергетическая емкость.

Напряжение аккумулятора — это разность потенциалов между выводами аккумулятора при разряде (Uаб). Конечное напряжение аккумулятора — это заданное напряжение, ниже которого аккумулятор считается разряженным (Uкон). Особенно важно определение состояния полной разряженности и полной заряженности аккумуляторов при эксплуатации герметичных АБ.

Предпосылкой для использования напряжения аккумулятора для контроля является наличие функциональной зависимости конечного зарядного или разрядного напряжения от величины сообщенной или снятой емкости (рис. 1), а также простота реализации этого метода контроля. Однако отсутствие явно выраженной связи напряжения конца заряда с сообщенной емкостью и зависимость его от условий эксплуатации могут привести (при использовании напряжения в качестве основного критерия окончания заряда) либо к недозаряду, либо к перезаряду, либо к неконтролируемому газовыделению. Следует отметить, что в конце эксплуатационного ресурса батареи снижение напряжения разряда аккумуляторов батареи происходит неравномерно, что необходимо учитывать при использовании герметичных аккумуляторов и батарей. Сказанное не распространяется на применение напряжения как индикатора конца разряда. Для всех типов аккумуляторов минимально допустимая величина напряжения при разряде является достоверным критерием окончания разряда.

При многократном циклировании повышение надежности работы аккумуляторных батарей может обеспечиваться ограничением сообщаемой им энергии. Такое ограничение позволяет исключить возможность газовыделения в процессе заряда. Однако способ заряда с контролем сообщаемой емкости предполагает известное и одинаковое исходное состояние всех аккумуляторов в батарее. Перед началом зарядного цикла величину остаточной емкости на практике трудно реализовать, не используя выравнивания аккумуляторов батареи.

Более надежным и объективным критерием заряженности герметичных батарей может быть величина температуры аккумулятора в процессе заряда.

Одним из достоверных критериев оценки степени заряженности также может служить и газовыделение в аккумуляторе. В основу устройств контроля заряда по газовыделению положены датчики расхода газа, скорости газовыделения, давления. Причем в зависимости от состава электролита, зарядного режима и температуры рост давления в аккумуляторе может происходить различно, однако во всех случаях при давлениях, превышающих определенный уровень (для каждого типа аккумулятора), можно говорить о практически максимальном уровне заряда аккумулятора. Следует отметить, что при использовании в качестве критерия такого параметра, как «давление газа внутри аккумулятора», датчиком давления должен быть укомплектован каждый элемент аккумуляторной батареи, что не всегда возможно.

Исходя из изложенного, можно сделать вывод, что наиболее достоверным критерием разряженности аккумулятора любого типа служит напряжение, а единого эффективного критерия заряженности для разных типов аккумуляторов нет.

 

Заряд аккумуляторных батарей

Режим заряда — это совокупность условий, при которых производится заряд аккумуляторной батареи. Ток заряда — это ток, протекающий через аккумулятор при заряде от внешнего источника.

В современных устройствах заряда АБ может поддерживаться в выходных цепях либо постоянный ток заряда, либо постоянное напряжение заряда. Соответственно применяют два основных способа заряда аккумуляторов: при постоянном токе и при постоянном напряжении. Часто используются разнообразные комбинации обоих способов.

При заряде аккумулятора напряжение на зажимах тем выше, чем выше ток заряда. 3аряд проводят, как правило, до определенного конечного напряжения заряда. При этом основное достоинство заряда при постоянном токе — возможность заряда батареи до полной номинальной емкости. Основной недостаток такого способа — обильное газовыделение в конце заряда АБ.

Во время заряда плотность электролита в аккумуляторах повышается постепенно, и только концу заряда она принимает постоянное значение. В это время напряжение на аккумуляторах медленно возрастает и начинается газовыделение — разложение электролита. Напряжение на элементах в конце заряда свинцово-кислотных аккумуляторов может достигать 2,6 В, в зависимости от разнообразных условий.

При заряде возникает проблема определения конца заряда как батареи в целом, так и отдельных аккумуляторов. Правильное определение окончания заряда является непременным условием обеспечения длительной работы аккумуляторов. При использовании негерметичных аккумуляторов есть возможность некоторого перезаряда, поэтому заряд батареи выполняют до тех пор, пока напряжение на аккумуляторах и плотность электролита не будут постоянными в течение 2 ч, при этом происходит обильное газовыделение, но температура электролита не должна быть более +45 °С. Такой критерий окончания заряда негерметичных аккумуляторов не предъявляет особых требований к устройствам заряда и устройствам контроля.

В ряде случаев для ускорения процесса заряда используют разнообразные форсированные токи, однако такой режим усложняет структуру зарядного устройства, поскольку необходимо применять специальные методы контроля состояния аккумуляторов. Но всегда надо помнить, что методы ускоренных зарядов сокращают срок жизни электрохимической системы любого аккумулятора. Для достижения максимального срока службы аккумулятора оптимальным является режим 10-ч заряда.

При заряде аккумулятора выделение тепла происходит в течение всего технологического процесса, однако в начале заряда, когда не протекают побочные процессы, тепловой поток ниже. Затем часть энергии начинает расходоваться на побочные электрохимические процессы, чаще всего на разложение воды электролита, что вызывает рост его температуры. Неограниченный рост температуры аккумуляторов сокращает срок их службы.

Заряд герметичных аккумуляторов обычно проводится при постоянном токе, при этом сообщается количество электрической энергии, составляющее 105–150% номинальной емкости. Нормированный ток заряда обычно достигает 0,1–0,3 C. Важным условием эксплуатации герметичных аккумуляторных батарей является отсутствие больших перезарядов и глубоких разрядов с переполюсовкой аккумуляторов, так как при перезаряде и переполюсовке герметичных аккумуляторов газ из разлагающегося электролита не имеет возможности выделяться в атмосферу.

 

Разряд аккумуляторных батарей

Режим разряда — это совокупность условий, при которых происходит разряд аккумуляторов батареи на подключенную к ней нагрузку, а саморазряд — это потеря емкости аккумуляторов (накопленной энергии при заряде), вызванная протеканием в них самопроизвольных процессов.

Ток разряда — это ток, отдаваемый аккумулятором во внешнюю цепь при разряде. Для характеристики режима разряда часто пользуются понятием «нормированный разрядный ток».

Отдача по емкости — это отношение количества электричества, отдаваемого аккумулятором при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния, при определенных условиях. Экспериментально определено, что отдача по емкости у кислотных аккумуляторов в среднем равна 65%, а у щелочных аккумуляторов — 60%.

Наибольшие сложности при обеспечении надежной эксплуатации АБ возникают из-за того, что в батареях для получения требуемого рабочего напряжения большое количество аккумуляторов соединяется в последовательную цепь, и при отказе любого из них выходит из строя вся батарея. Каждый из последовательно соединенных аккумуляторов отдельных электрохимических устройств является составным элементом аккумуляторной батареи. Основной причиной выхода из строя АБ, без учета брака, допущенного при ее изготовлении, является неидентичность характеристик ее отдельных элементов, которая может значительно возрастать в процессе эксплуатации.

Важной задачей для повышения энергоотдачи аккумуляторных батарей становится снижение их минимального разрядного напряжения, причем эта величина устанавливается на основании опытной эксплуатации и вероятностного разброса характеристик аккумуляторов такой, что в процессе разряда ни один из элементов батареи не достигнет нулевого значения, ни, тем более, не переполюсуется. Такие требования способны обеспечить батареи, в которых аккумуляторы максимально близки по своим параметрам друг другу в течение заданного периода работы.

 

Практические рекомендации по повышению энергоотдачи и увеличению срока службы аккумуляторных батарей

Все рекомендации можно разделить на две группы.

  1. Рекомендации для негерметичных аккумуляторных батарей (свинцово-кислотные аккумуляторы)

Эту группу проще рассмотреть на примере аккумуляторной батареи для автомобиля.
Автомобильный аккумулятор (аккумуляторная батарея) состоит из шести свинцово-кислотных аккумуляторов, собранных в общем корпусе, и имеет на выводных клеммах напряжение 12–12,6 В (без нагрузки).
Тренировочный разряд проводят током, численно равным 0,1 С, до напряжения на выводных клеммах 9–10 В.
Зарядное устройство должно быть способно осуществлять заряд батареи, желательно неизменным током, при ее напряжении (2,6 В × 6 аккумуляторов = 15,6 В), превышающем 16 В, при токе заряда 0,1 С.
После проведения операции выравнивания в батарее необходимо иметь доступ для долива дистиллированной воды в каждый из аккумуляторов.
Следует хотя бы раз (а лучше два раза) в год проводить контрольно-тренировочные циклы технологического обслуживания батареи с заключительным выравнивающим зарядом.
Критерием окончания выравнивающего заряда является два часа «кипения» электролита в последнем из аккумуляторов, достигшем этого состояния.

  1. Рекомендации для герметичных аккумуляторных батарей (никель-кадмиевые аккумуляторы)

Рис. 6. Схема батареи из герметичных аккумуляторов с дополнительными выводами

Рис. 7.
а) Подключение доразрядных резисторов по схеме «чет-нечет»;
б) в АБ из герметичных аккумуляторов

Необходимо обеспечить доступ ко всем аккумуляторам батареи в соответствии с рис. 6.
Контроль окончания заряда проводить до достижения любым аккумулятором напряжения 1,45 В, при использовании цепей поэлементного контроля (рис. 6).
Возможно определять момент окончания заряда по достижении предельной температуры батареи +45 °С.
Выравнивание аккумуляторов по емкости и снятие эффекта «памяти» проводить поэлементным доразрядом до нулевого напряжения, по схеме рис. 7, применяя метод «чет-нечет» и ток доразряда 0,02 С.
При проведении контрольно-тренировочных циклов использовать значения токов заряда и разряда, близких к 0,1 С.
При проведении контрольно-тренировочных циклов использовать указанные методы контроля аккумуляторов.
Соблюдать сроки проведения технологического обслуживания.

Литература
  1. Багоцкий В. С., Скундин А. М. Химические источники тока. М: Энергоиздат, 1981.
  2. Химические источники тока. Справочник под ред. Коровина Н. В. и Скундина А. М. М: МЭИ, 2003.
  3. Теньковцев В. В., Центер Б. И. Основы теории и эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов. Л.: Энергоатомиздат, 1985.

расшифровка обозначений АКБ производителей разных стран

При выборе АКБ для автомобиля необходимо знать их основные параметры. Вся нужная автолюбителю информация может быть получена из маркировки аккумуляторных батарей. Сегодня есть несколько международных стандартов, определяющих те данные, которые должны быть включены в обозначение. Поэтому автовладельцам необходимо понимать маркировку АКБ ведущих производителей.

Общие требования

Маркировка батарей зависит не только от производителя, но и типа устройства. Это связано с тем, что для установки на спецтехнику, легковые и грузовые авто устанавливаются разные АКБ. Кроме этого, на маркировку аккумулятора автомобиля влияет и страна, в которой он используется.

На батареях в обязательном порядке должна быть указана следующая информация:

  1. Название производителя.
  2. Номинальный показатель напряжения.
  3. Емкость аккумулятора.
  4. Тип устройства, который может указываться в соответствии с требованиями сразу нескольких стандартов.
  5. Количество элементов питания, установленных в корпусе батареи.
  6. Дата выпуска, и чаще всего эта информация зашифрована.
  7. Полярность контактов.
  8. Предупреждающие символы, число которых зависит от изготовителя.

Основные стандарты маркировки

Автолюбители должны понимать расшифровку маркировки аккумуляторов, соответствующую нескольким стандартам.

Кроме батарей отечественных производителей, на рынке присутствуют американские, европейские и азиатские.

Их обозначение имеет некоторые нюансы, которые необходимо знать.

Отечественные батареи

В России маркировка АКБ регламентирует ГОСТ 959-91. Она имеет вид «А Б С Д».

Входящие в ее состав литеры расшифровываются следующим образом:

  • А – число элементов питания, входящих в состав батареи;
  • Б – тип АКБ;
  • С – емкость прибора;
  • Д – материал, из которого изготовлен аккумулятор.

В качестве примера можно взять маркировку 6СТ-60 АПЗ.

Надпись позволяет узнать, что это стартерная батарея, емкость которой составляет 60 А*ч.

Она содержит шесть элементов питания (банок).

Последние три цифры указывают на конструктивные особенности аккумулятора:

  • А – общая крышка;
  • П – сепаратор изготовлен из полиэтилена;
  • З – батарея залита и заряжена.

Показатель пускового тока в отечественном стандарте не входит в основную маркировку и обычно указывается отдельно.

Европейский стандарт

Производители из Европы используют обозначения в соответствии с немецким стандартом DIN либо международным ETN.

В результате некоторые параметры совпадают, а часть отличается. Согласно требованиям DIN, обозначение батареи состоит из пяти цифр (560 19), а в соответствии с ETN – имеет девятизначный код (560 059 042).

В каждом из этих стандартов первые три цифры обозначают номинальный показатель емкости АКБ. Определить его значение можно, вычитая из трехзначного числа 500. Таким образом, маркировка автомобильных аккумуляторов 560 19 (DIN) и 560 059 042 (ETN) показывает, что их емкость составляет по 60 А*ч.

Две или три следующих цифры, в зависимости от стандарта, указывают на конструктивное исполнение батареи. ETN предполагает наличие еще одной тройки цифр, обозначающих показатель тока «холодной прокрутки». Для определения этого значения цифры необходимо умножить на 10. В приведенном примере (560 059 042) показатель тока составляет 420 А.

Американский и азиатский стандарты

Азиатские производители используют для обозначения своих продуктов стандарт JIS. Следует признать, что система маркировки довольно сложная, но автовладельцам следует разобраться со всеми нюансами.

Обозначение АКБ азиатских компаний состоит из 6 символов, например, 75В24L:

  1. Первые две цифры показывают емкость батареи, но номинальный параметр необходимо умножить на специальный коэффициент.
  2. Литера говорит о форме устройства и соотношение его размеров.
  3. Две следующие цифры указывают на длину аккумулятора в сантиметрах.
  4. Последняя литера показывает расположение клеммы «минус» и может иметь лишь два значения – L или R.

Чтобы разобраться в маркировке азиатских АКБ, стоит воспользоваться таблицей:

Американские компании чаще всего используют для обозначения стандарт SAE, но возможны иные варианты. Чаще всего маркировка этих продуктов содержит одну литеру и пять цифр, например, А34650.

Расшифровывается она следующим образом:

  1. Буква обозначает тип батареи.
  2. Две следующие цифры показывают размеры агрегата.
  3. Последние цифры – номинальное значение тока «холодной прокрутки» в амперах.

Также на АКБ указывается дата ее выпуска и проще всего расшифровываются обозначения отечественных компаний — первые две цифры показывают месяц, а последние — год производства.

С датой выпуска импортной продукции разобраться значительно сложнее, так как все производители используют собственное обозначение.

Эта маркировка может включать в себя не только месяц и год, но также завод, тип заказа и даже номер конвейера.

Аккумуляторная батарея или аккумулятор автомобиля

Аккумуляторная батарея (или просто аккумулятор) преобразует химическую энергию в электрическую.

Автомобильная аккумуляторная батарея питает потребителей электрического тока при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе. На автомобилях применяют свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, обладающие небольшим внутренним сопротивлением и способные в течение нескольких секунд отдавать ток в несколько сот ампер, который необходим для пуска двигателя стартером.

Емкость аккумуляторов

Аккумуляторная батарея характеризуется емкостью, т.е. количеством электрической энергии, которую может отдать батарея при разряде от полностью заряженного состояния до предельно допустимого разряженного.

Емкость измеряется в ампер-часах и зависит от конструкции батареи, числа пластин, их толщины, материала разделителей пластин и других факторов.

В эксплуатации емкость аккумулятора зависит от силы разрядного тока, температуры электролита, режима разряда (прерывистый или непрерывный), степени заряженности и изношенности аккумулятора. Так, при увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумуляторной батареи уменьшается.

Устройство аккумулятора

Корпус 1 аккумулятора (схема 1) изготовлен из кислотостойкой пластмассы (полипропилена) и разделен перегородками на шесть секций. В каждой секции установлен отдельный элемент, состоящий их положительных 9, отрицательных 10 пластин и сепараторов 8 (разделителей) между ними.

Схема 1 – Устройство автомобильного аккумулятора

1- корпус; 2 – крышка; 3, 5 – выводы; 4 – мостик; 6 – пробка; 7 – индикатор; 8 – сепаратор; 9, 10 – пластины

Элементы имеют напряжение 2 Вольт и последовательно соединены между собой мостиками 4. Корпус аккумуляторной батареи закрыт общей для всех элементов пластмассовой крышкой 2. Крышка приварена по периферии к наружным стенкам корпуса. Соединения крышки с перегородками корпуса уплотняются при сборке герметиком, что исключает переливание электролита из одной секции в другую.

Для каждой секции в крышке имеется резьбовое отверстие с пробкой 6 для заливки и контроля индикатором 7 уровня электролита. Пробки снабжены отверстиями для связи внутренней полости батареи с атмосферой. Батарея имеет два вывода: положительный 3 и отрицательный 5. Аккумуляторная батарея установлена в подкапотном пространстве отделения двигателя автомобиля.

Маркировка аккумуляторов

В маркировке автомобильных аккумуляторов указывается:

  • число последовательно соединенных элементов, что определяет напряжение батареи; назначение аккумулятора;
  • емкость аккумулятора в ампер-часах при режиме разряда 20 часов;
  • материал корпуса;
  • материал сепараторов.

Например, маркировка аккумуляторной батареи 6СТ-55П означает следующее: батарея стартерная, напряжение 12 В, емкость 55 Ач, корпус и крышка из пропилена (кислотостойкая пластмасса).

При техническом обслуживании аккумуляторной батареи необходимо соблюдать правила техники безопасности: осторожно обращаться с электролитом, содержащим химически чистую серную кислоту; при осмотре батареи нельзя подносить к ней открытый огонь из-за возможности вспышки газов над электролитом и др.

Другие статьи по системе зажигания двигателя

Таблица размеров стандартной батареи

Имя

Прочее

Имена

Форма

Вольт

АА

Р6, Р06, MN1500, MX1500, PC1500, AM3, UM3, UM-3, HP7, 15AC, 15A, E91, EN91, 815, AL-AA, ALAA, 7524, ХР6, ХР06, ЛР06, ЛР6, X91, PC1501, миньон, Penlight, двойной A, 2AA

Цилиндр Д 50 мм, Г 14.2 мм

1,5 В

А

АА

ЛР03, ЛР3, ЛР03С, Р03, Р3, МН2400, МХ2400, ПК2400, AM4, UM4, UM-4, HP16, 24AC, 24A, 24G, EN92, E92, 824, ALAAA, AL-AAA, 7526, 4003, K3A, Micro, Microlight, Potlood, Penlight, Triple A, 3AAA

Цилиндр л 44.5 мм, Д 10,5 мм

1,5 В

АААА

ЛР61, 25А , MN2500, MX2500, E96, EN96, GP25A, LR8D425, 4061, K4A, Четырехместный A, Четырехместный А, 4АААА

Цилиндр Д 42 мм, Г 8 мм

1.5 В

С

ЛР14, Р14, УМ2, УМ-2, МН1400, МХ1400, ПК1400, 14АС, 14А, Е93, ЭН93, 814, АЛК, АЛ-К, 7522, AM2, HP11, Бэби, Миньон

Цилиндр Д 46 мм, Г 26 мм

1,5 В

Д

ЛР20, Р20, Р20МА, Р20П, МН1300, МХ1300, ПК1300, УМ1, УМ-1, СУМ-1, АМ1, 13АС, 13А, Е95, ЭН95, 813, АЛ-Д, 1250, 7520, HP2, HR20, Моно, Голиаф

Цилиндр Д 58 мм, Г 33 мм

1.5 В

ПП3, 1604АС, 1604А, 1604АС, 522, ЭН22, А1604, АЛ9В, АЛ-9В, 9В, Радиоаккумулятор, 6АМ6, 6УМ6, 006П, 6LR61, PC1604, PL1604, L522, 1604LC, U9VL-FP, K9V, S006, S-006, 6F22

, Электронный блок, транзистор

Прямоугольный H 48,5 мм, Д 26,5 мм, Ш 17,5 мм

9 В

123

CR17354, 5018LC, Камера   Аккумулятор, CR123, LR123, VL123, 123A, CR123A, EL123A, EL123AP, EL123AP-2, RL123, RL123A-1, РЛ123А-2, ДЛ123А-1, ДЛ123А-2

, СФ123А, СФ12-ББ, К123А, РКР-123А, 23-155, CR-123APA

Цилиндр л 34.5 мм, Д 17 мм

3 В

CR2 DLCR2, DLCR2B, RLCR2, KCR2, EL1CR2, RLCR2-L, CR-2, 5046LC Цилиндр L 27,5 мм, D 16 мм 3 В

Н

ЛР1, ЛР01, 910А, МН9100, 4001, Э90, КН, 810, 23-023, АМ5, УМ5, УМ-5, СУМ5, Леди Аккумулятор

Цилиндр L 30.2 мм, Д 12 мм

1,5 В

Дж

4LR61, 7K67, 4018, 539, КДж, 4AM6, 4УМ6, 4УМ-6, 1412А, 1412АП, 867

Квадрат с отсутствующим углом H 48,5 мм, Д 35,6 мм, Ш 9,18 мм

6 В

Объяснение, безопасность и уход • LearningRC

Без аккумуляторов LiPo квадрокоптеров и дронов, вероятно, не существовало бы.

Почему?

Потому что никакая другая батарея не обеспечивает столько энергии, обеспечивая при этом большой ток в таком маленьком корпусе. Это означает: более длительное время полета, лучшую маневренность и более быстрый полет. Другими словами, веселее.

Однако существует много путаницы в отношении того, что означают термины, как правильно заряжать литий-полимерные батареи и как быть в безопасности при использовании батарей.

В этом руководстве по липо батареям вы получите:

  • Подробное описание характеристик аккумуляторов – номинальное напряжение и напряжение отключения, емкость, рейтинг C, внутреннее сопротивление и т. д.
  • Как увеличить срок службы липо-аккумулятора
  • Что искать в зарядном устройстве для липо-аккумуляторов
  • Как пользоваться зарядным устройством для липо-аккумуляторов
  • Почему важна балансировка зарядки
  • Разница между разными типами аккумуляторных разъемов
  • Надлежащая безопасность и уход за липо-батареями
  • Глоссарий общих терминов для липо-аккумуляторов

Итак, начнем с характеристик аккумулятора.

Напряжение батареи

Первая характеристика, на которую обращают внимание большинство людей при выборе аккумулятора, — это напряжение. Как упоминалось в моей статье о константе Kv двигателя, скорость ваших двигателей пропорциональна напряжению, которое вы им подаете, поэтому батареи с более высоким напряжением способны вращать двигатели быстрее, чем батареи с более низким напряжением. Напряжение вашей батареи будет определять тип регуляторов скорости и двигателей, которые вам нужно будет использовать.

Напряжение аккумулятора

Lipo определяется количеством последовательно соединенных элементов.Каждая ячейка имеет номинальное напряжение 3,7 В. Различные производители аккумуляторов маркируют свои липосакции по-разному, но большинство людей склонны называть свои аккумуляторы 1S, 2S, 3S и т. д.

В следующей таблице напряжений показано обозначение каждой батареи и соответствующее напряжение.

1S = 1 элемент последовательно x 3,7 В = 3,7 В
2S = 2 элемента последовательно x 3,7 В = 7,4 В
3S = 3 элемента последовательно x 3,7 В = 11,1 В
4S = 4 элемента последовательно x 3,7 В = 14,8 В
5S = 5 последовательно соединенных элементов x 3,7 В = 18.5 В
6S = 6 последовательных элементов x 3,7 В = 22,2 В

Вы также можете увидеть липосакции, в которых для обозначения напряжения используется буква «P». Например, 2С1П или 2С2П. Это не так часто встречается с батареями для квадрокоптера, но вы можете увидеть это с батареями LiPo, предназначенными для других типов радиоуправляемых транспортных средств.

«P» обозначает количество ячеек в параллельном соединении. 2S1P означает «2 элемента последовательно и 1 элемент параллельно». Если на батарее нет «P», то предполагается, что это «1P». Так что 2S1P и 2S — это одно и то же.

3S2P означает «3 ячейки последовательно и 2 ячейки параллельно.Эта батарея будет иметь в общей сложности 6 ячеек с 2 параллельными группами ячеек по 3 последовательно соединенных ячейки в каждой из этих групп.

Максимальное напряжение и напряжение отключения

Рассмотрим две кривые напряжения батареи на рисунке 1. Показаны «идеальная» батарея и «фактическая» батарея. Идеальная батарея должна обеспечивать постоянное напряжение в течение всего времени ее разрядки до полной разрядки.

Рисунок 1 – Кривая разряда LiPo

Реальные аккумуляторы ведут себя иначе.Вместо этого они начинают с более высокого напряжения, а затем их напряжение будет медленно снижаться по мере разрядки аккумулятора.

Таким образом, в то время как идеальная батарея может иметь напряжение 3,7 В в течение всего времени ее разрядки, фактическая батарея будет начинать с максимального напряжения 4,2 В. По мере разрядки оно продолжает уменьшаться.

Насколько она уменьшится? Если вы позволите, он полностью разрядится до нуля вольт.

Однако:

Производители аккумуляторов обычно рекомендуют не разряжать аккумулятор ниже определенного минимального напряжения.Это минимальное напряжение называется напряжением отсечки. Многие производители рекомендуют, чтобы напряжение отсечки для липосакции составляло 3,0 Вольта.

На практике это означает, что вы должны установить сигнал тревоги напряжения на что-то выше чем 3,0 В, чтобы вы могли безопасно посадить свой квадрокоптер до того, как он упадет ниже 3,0 В. Многие люди устанавливают свои сигналы тревоги на 3,3 В.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах. Это дает вам представление об общей энергии, которую может хранить батарея.Как правило, чем выше емкость, тем дольше прослужит батарея.

Используя аналогию с бензобаком, аккумулятор большой емкости имеет большой бензобак, который позволяет ему хранить много газа.

Лучший способ понять емкость липосакции — рассмотреть, как она измеряется. Общая процедура заключается в том, чтобы взять батарею и выяснить, какой постоянный ток заставляет липосакцию падать ниже напряжения отключения батареи ровно за 1 час.

В этом случае емкость равна текущему времени, умноженному на 1 час.

Таким образом, аккумулятор емкостью 3000 мАч упадет с полного напряжения до напряжения отсечки за 1 час, если разрядить аккумулятор при токе 3000 мА (3 ампера). 3 ампера x 1 час = 3 ампер-часа = 3000 мАч.

Есть одна важная вещь, которую вы должны отметить…

Емкость батареи уменьшается по мере увеличения потребляемого тока. Это означает, что если ваша емкость составляет 3000 мАч при постоянном потреблении тока 3 ампер, то ваша емкость будет меньше 3000 мАч при постоянном потреблении 6 ампер или 30 ампер.

Я видел много объяснений вместимости, в которых об этом не говорится. Вы часто будете видеть, что если емкость вашего аккумулятора составляет 3000 мАч, то это означает, что вы можете потреблять 3 ампера в течение 1 часа, 6 ампер в течение 30 минут или 30 ампер в течение 6 минут. В общем случае это не так.

Чтобы понять, как ток влияет на емкость, нужно посмотреть на кривые разряда липо-аккумулятора. Большинство хороших спецификаций аккумуляторов показывают разные кривые разряда для разных значений постоянного тока.Например, см. рис. 2.

Рисунок 2 – Кривая разряда из технического паспорта

На этом рисунке показана кривая разряда батареи 1S, 1700 мАч, 35C (подробнее о значении «35C» позже). Каждая линия представляет различный постоянный ток (42,5 А, 47,6 А, 51,0 А и т. д.). На этом рисунке показано, что при заданном напряжении отсечки разрядная емкость уменьшается по мере увеличения потребляемого тока.

В этом примере при напряжении отсечки 3,0 В емкость при 1,7 А (1С) составляет 1700 мАч, и я бы оценил емкость в 42.5 А (25°С) составляет около 1630 мАч, а емкость при 68,0 А (40°С) составляет около 1460 мАч.

Итак, о емкости следует помнить две важные вещи:

  • Емкость показывает количество тока, которое батарея способна обеспечить в течение 1 часа
  • Если вы разряжаете аккумулятор более высокими токами, ваша емкость снижается.

(Обратите внимание, что ампер-часы не являются мерой энергии. Энергия измеряется в ватт-часах. Если вы предполагаете, что батарея разряжается при постоянном напряжении, вы можете рассчитать энергию на основе этого.Однако, как мы узнали из предыдущего раздела, батареи не разряжаются при постоянном напряжении.)

Батарея Lipo C Рейтинг

Рейтинг C — это полезная оценка для аккумуляторов, позволяющая сравнивать аккумуляторы разной емкости. В нашем рассуждении выше о емкости я говорил о разрядке аккумулятора за 1 час при разрядке постоянным током.

Этот ток — ток, необходимый для разрядки батареи за 1 час — определяется как скорость 1С. 2C будет в 2 раза больше тока.Скорость 0,2C будет 1/5 от этого тока.

Таким образом, в нашем примере с батареей емкостью 3000 мАч скорость 1C для батареи будет равна току разряда 3 ампера.

3000 мАч = 3 ампер-часа => 3 ампер-часа/ 1 час = 3 ампера.

Батареям

присваивается максимальный номинальный постоянный ток и максимальный номинальный импульсный ток. Непрерывный номинальный ток говорит вам, какой максимальный безопасный ток ваша батарея может разряжать в течение длительных периодов времени. Пиковый рейтинг показывает максимальный ток, который ваша батарея может разрядить в течение коротких периодов времени (10 секунд).

Оба этих рейтинга даны как рейтинги C. Например, если у вас есть батарея емкостью 1300 мАч и она рассчитана на непрерывную работу при 30 °C, то максимальный непрерывный ток составляет 1,3 * 30 = 39 ампер. Та же батарея может иметь взрывной ток 40 C, что означает, что батарея может безопасно выдавать 1,3 * 40 = 52 ампер в течение коротких периодов времени.

Насколько точны рейтинги C?

По общему мнению, многие производители не предоставляют очень точные значения C для своих аккумуляторов.Это затрудняет сравнение одной батареи с другой.

Внутреннее сопротивление — ESR

Внутреннее сопротивление или эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) показывает, насколько батарея сопротивляется протеканию тока. Это сопротивление создается как ионами в батарее, так и электрическим сопротивлением металлических частей батареи.

Батарея может быть смоделирована как идеальный источник напряжения, включенный последовательно с его ESR. Когда вы это сделаете, вы увидите, что вам нужна батарея с низким ESR.Чем ниже, тем лучше.

Срок службы батареи LiPo

По мере использования аккумулятора, зарядки и разрядки его емкость будет постепенно снижаться. Таким образом, если ваша батарея имеет емкость 1300 мАч из коробки, она может упасть до 75% (около 1000 мАч) после 200 циклов зарядки/разрядки. LiPo может выдержать от 300 до 500 циклов, в зависимости от того, как за ним ухаживают.

Что нужно сделать, чтобы продлить срок службы батареи?

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать.

Во-первых, необходимо использовать правильное напряжение заряда .Никогда не заряжайте аккумулятор выше 4,2 В на элемент.

Во-вторых, не переразряжайте аккумулятор .

В-третьих, никогда не храните аккумулятор полностью заряженным . Рекомендуемое напряжение хранения составляет от 3,8 В до 3,85 В. Большинство зарядных устройств позволяют установить его на зарядку хранения.

В-четвертых, используйте зарядку баланса .

Выполняйте все эти действия, и ваша батарея будет работать в течение большего количества циклов зарядки/разрядки.

Некоторые люди говорят, что вы должны хранить свои LiPo в холодильнике (НЕ в морозильной камере), чтобы продлить срок службы батареи.Я лично не делаю этого, но некоторые люди клянутся в этом.

Зарядка липо-аккумулятора

Аккумуляторы

LiPo можно перезаряжать. Вам нужно купить зарядное устройство, специально предназначенное для LiPo. Причина этого в том, что для зарядки LiPo требуется особый метод (подробнее об этом ниже).

Если вы заряжаете LiPo без специального зарядного устройства, вы можете:

  • Аккумулятор не полностью заряжен
  • Сократите срок службы батареи
  • Самое главное, повредите аккумулятор и создайте проблему безопасности.Как вы увидите ниже, LiPo могут вызвать пожар, если с ними не обращаться должным образом

Как зарядить аккумулятор LiPo

Большинство современных зарядных устройств LiPo используют то, что называется балансной зарядкой. Если вы помните ранее, каждая батарея состоит из ячеек, соединенных вместе. Балансная зарядка — это всего лишь способ контроля напряжения на каждой из этих ячеек и зарядки их по отдельности.

Почему?

Потому что каждая ячейка в батарее немного отличается. Когда вы закончите полет на своем квадроцикле и вытащите аккумулятор, каждая ячейка в аккумуляторе будет иметь немного другое напряжение и оставшуюся емкость.Таким образом, лучший способ зарядить эти батареи — заряжать каждую ячейку по отдельности. Зарядные устройства с балансной зарядкой позаботятся об этом автоматически.

Большинство современных зарядных устройств LiPo являются программируемыми и позволяют выбрать тип аккумулятора, напряжение, силу тока и ряд мер безопасности.

Как выбрать зарядное устройство Lipo

Если у вас еще нет зарядного устройства, убедитесь, что вы выбрали то, которое соответствует вашим потребностям. Вот самые важные характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе зарядного устройства:

  • Напряжение — Вы увидите много зарядных устройств, способных работать на 6S или 8S, чего более чем достаточно для большинства аккумуляторов квадрокоптера
  • Ток — Зарядные устройства будут указаны по максимальному току.Как правило, вы должны заряжать аккумуляторы током 1С. Так, для аккумулятора емкостью 2200 мАч скорость заряда должна составлять 2,2 Ампер, а для аккумулятора емкостью 1700 мАч скорость заряда должна составлять 1,7 Ампер. Для некоторых аккумуляторов будет указано, что безопасно заряжать током выше 1C. Вы должны выбрать зарядное устройство таким образом, чтобы его максимальный ток был выше, чем ток, необходимый для зарядки аккумуляторов.
  • Мощность — Зарядные устройства также будут иметь максимальную мощность.Мощность — это напряжение x ток. Таким образом, батарея 3S емкостью 1300 мАч, заряженная при 1C, потребует для зарядки не менее 3 элементов x 4,2 В x 1,3 А = 16,4 Вт. Обычно я добавляю около 20 % к своим требованиям, чтобы убедиться, что у меня есть запас прочности. В этом случае я бы хотел зарядное устройство мощностью 20 Вт или более.

Как использовать зарядное устройство LiPo

Каждое зарядное устройство отличается, поэтому все, что я здесь скажу, будет общим. Если у вас есть какие-либо конкретные вопросы о том, как использовать зарядное устройство, лучше прочитать руководство.

  1. ЗАПРЕЩАЕТСЯ заряжать вздувшийся, вздутый, вздутый, проколотый или каким-либо образом поврежденный аккумулятор. Ищите порезы или зазубрины на проводах и не используйте их, если найдете.
  2. Найдите безопасное место, вдали от всего легковоспламеняющегося.
  3. Подключите зарядное устройство к основному разъему питания аккумулятора. См. раздел «Разъемы питания» ниже.
  4. Подсоедините провода балансировки аккумулятора к порту баланса на зарядном устройстве.
  5. Поместите аккумулятор в огнеупорный пакет LiPo.Это сумка, которую я использую. Это дешево и является хорошей страховкой на случай, если что-то пойдет не так.
  6. Подключите зарядное устройство. В зависимости от вашего зарядного устройства, вы можете подключить его к стене для питания переменного тока или к другому аккумулятору для питания 12 В.
  7. Установите тип батареи
  8. Некоторые зарядные устройства позволяют выбирать между балансной и небалансной зарядкой.
  9. Установите свой ток. Помните, что 1С рекомендуется, если производитель батареи не говорит иначе. Зарядка слишком большим током тоже опасна.
  10. Установите свое напряжение. Для LiPo оно должно быть не выше 4,2 В на элемент. Все, что выше, опасно. Вы можете обнаружить, что ваша батарея работает дольше, если вы заряжаете только до 4,1 В / элемент. Но вы получите меньшую емкость батареи, поэтому здесь есть компромисс между временем автономной работы и летными характеристиками.
  11. Начать зарядку
  12. НЕ оставляйте зарядное устройство без присмотра во время зарядки.

Рекомендую купить хорошее зарядное устройство. Не берите дешевый.Хорошее зарядное устройство уменьшит вероятность возгорания и увеличит срок службы ваших аккумуляторов. SkyRC iMax B6AC v2 — популярное зарядное устройство хорошего качества.

Итак, что на самом деле делает зарядное устройство LiPo?

В лучших зарядных устройствах используется метод зарядки постоянным током и постоянным напряжением (CC-CV).

Зарядка постоянным напряжением просто подает заданное напряжение (скажем, 4,2 В на ячейку) к батарее и продолжает заряжать ее до тех пор, пока батарея не достигнет желаемого напряжения.

Проблема с зарядкой постоянным напряжением заключается в том, что при первой подаче напряжения на аккумулятор возникает большая разница между приложенным напряжением и напряжением аккумулятора.Это вызывает протекание большого тока, который может быть вредным для батареи или опасным.

Зарядка постоянным током исправляет это, устанавливая ток на определенное значение (скажем, 1С) и продолжая зарядку до тех пор, пока батарея не достигнет желаемого напряжения. Это устраняет проблему высокого тока в начале зарядки, с которой сталкивается метод постоянного напряжения.

Однако при зарядке постоянным током возникает противоположная проблема – слишком высокое напряжение в конце заряда. Чтобы поддерживать постоянный ток, поступающий в батарею, напряжение питания должно постоянно увеличиваться по мере увеличения напряжения батареи.Применение слишком высокого напряжения к аккумулятору может нанести вред аккумулятору или вызвать возгорание.

Решением этих двух проблем является метод зарядки CC-CV, о котором я упоминал выше. Хорошие зарядные устройства начнут заряд, подавая постоянный ток. Это избавляет от проблемы слишком высокого тока в начале. Затем, как только достигается максимально безопасное напряжение для аккумулятора, зарядное устройство переключается на заряд постоянным напряжением до тех пор, пока аккумулятор не будет полностью заряжен. Это избавляет от проблемы слишком высокого напряжения в конце цикла зарядки.

Соединители для липо-аккумуляторов

Обычно на аккумуляторе LiPo есть два типа разъемов: основной разъем питания и балансировочный разъем. Существует множество различных типов разъемов, которые различаются по размеру, номинальному току и простоте использования. Некоторые разъемы являются проприетарными и используются только на батареях 1 марки.

Аккумуляторы

всегда поставляются с гнездовыми разъемами. Почему? Из соображений безопасности. Если у батареи торчат два штыревых контакта, есть вероятность, что они могут погнуться и закоротить друг друга.

Я рекомендую вам использовать любые разъемы, поставляемые с вашей батареей. Если вы не знаете, что делаете, и у вас нет для этого веской причины, не пытайтесь заменить разъем на аккумуляторе.

Разъемы питания

ХТ60 (ХТ30, ХТ90)

Разъемы XT60 «папа» и «мама»

Тип разъемов «XT» очень популярен для аккумуляторов.

XT60 часто используется с квадрокоптером на 250 рам (2S, 3S, 4S). Максимальный номинальный постоянный ток для XT60 составляет 60 ампер.Вы можете получить такой же стиль, но на один размер меньше (XT30) или на один размер больше (XT90), которые имеют номинальные токи 30 и 90 ампер соответственно. Их очень легко паять благодаря изогнутым выступам.

Разъем Deans Ultra

Разъем Deans Ultra

Deans Ultra, иногда называемые просто «разъемы Deans» или «T» разъемы, вероятно, не так популярны, как раньше. Они рассчитаны на постоянный ток 50 ампер. Их также трудно паять, потому что их выступы плоские.

EC3 (или EC5)

Разъем EC3

Разъемы типа EC также довольно популярны. Двумя наиболее популярными размерами являются EC3 и EC5. EC3 рассчитан на постоянный ток 60 ампер, а EC5 рассчитан на постоянный ток 120 ампер.

JST-RCY

Существует множество различных типов разъемов JST. JST-RCY — это красный разъем, который иногда используется на батареях меньшего размера. Он рассчитан на постоянный ток до 3 ампер. Некоторые очень маленькие коптеры будут иметь батарею с разъемом JST-GH.

Соединитель Текущий рейтинг Размер провода Масса
XT60 60 А 12AWG – 18AWG 6 г
ХТ30 30 А 20AWG – 26AWG 2 г
ХТ90 90 А 6 AWG – 10 AWG 14 г
Динс Ультра 50 А 12AWG – 18AWG 4.5 г
EC3 60 А 12AWG – 16AWG нет данных
EC5 120 А 8 AWG – 10 AWG нет данных
JST-RCY 3 А 22AWG – 28AWG нет данных

Соединители весов

Разъемы Balance

имеют разное количество контактов, в зависимости от количества ячеек в вашей батарее. JST-XH, вероятно, является наиболее распространенным типом разъема для балансировки, но Thunderpower TP) и Hyperion (Polyquest) также имеют свой собственный тип разъема для балансировки.

Соединители баланса JST-XH

ДЖСТ-СХ

На сегодняшний день самым популярным балансировочным коннектором является JST-XH. На самом деле существует несколько разных разъемов с разным количеством контактов, в зависимости от количества элементов в вашей батарее. Существует стандартный метод подключения балансировочных разъемов JST-XH.

TP (Thunderpower) и Polyquest (Hyperion)

Это фирменные разъемы, которые можно найти только в батареях Thunderpower и Hyperion.

Аксессуары

Есть несколько аксессуаров для разъемов, которые я нахожу удобными.

  • Зажимы AB – соединители баланса (JST-XH) очень маленькие, и за них трудно ухватиться. Это неизбежно означает, что когда вы отсоединяете разъем весов от зарядного устройства, вы будете тянуть за провода, а не за корпус разъема. Со временем вы будете вытягивать провода прямо из корпуса. Зажимы AB представляют собой небольшой кусочек пластика, который оборачивается вокруг корпуса коннектора весов и дает вам большую вещь, за которую можно держаться, чтобы не испортить коннектор баланса. Они дешевы и избавят вас от головной боли в будущем.
  • Отводные кабели — если вы используете пулевидные разъемы для питания вашего регулятора оборотов, то вы можете приобрести XT60 для отводных кабелей с пулевидным разъемом. Очень удобно.
  • Адаптеры разъемов
  • . Если вы используете все разъемы XT60, но получаете одну батарею с разъемом EC3, вы можете получить адаптер для нее. Вы можете получить практически любую комбинацию адаптера.

Безопасность и уход за аккумулятором LiPo

Поищите в Google «lipo fire», и вы найдете все виды бойни. В этой статье я пытался подчеркнуть важность безопасности.Основные точки безопасности:

  • Не перезаряжайте
  • Не допускайте чрезмерной разрядки
  • Никогда не используйте и не заряжайте поврежденный аккумулятор (проколотый, вздутый, треснувший и т. д.). Прочтите мою статью о вздутых липидах.
  • При зарядке используйте огнестойкую сумку LiPo
  • Не заряжайте аккумулятор сразу после его использования. Подождите не менее 15 минут, пока он остынет.
  • Точно так же не летайте сразу после зарядки аккумулятора. Подождите не менее 15 минут, пока он остынет.

Хорошая вещь в этом совете по безопасности заключается в том, что многие из них — это то, что вы все равно хотите сделать, чтобы получить хорошее время автономной работы.

Глоссарий

: Краткий справочник по терминологии аккумуляторов LiPo

Вот несколько общих терминов, с которыми вы можете столкнуться при изучении аккумуляторов LiPo. Это краткие определения, которые будут рассмотрены более подробно в этой статье.

  • Аккумулятор LiPo — особый химический тип аккумулятора, который широко используется в квадрокоптерах и других радиоуправляемых устройствах.Батареи Lipo способны обеспечивать большой ток в течение относительно длительного периода времени 90 248
  • Первичная/вторичная ячейка — вы можете увидеть элементы батареи, называемые первичными или вторичными ячейками. Первичные элементы — это элементы, которые нельзя очень легко перезарядить, и их часто выбрасывают после разрядки. Вторичные клетки — это клетки, которые легче перезаряжаются. Аккумуляторы Lipo, которые используются для квадрокоптеров и других радиоуправляемых устройств, сделаны из вторичных элементов.
  • Элемент – все батареи состоят из 1 или 1 элемента.Клетка — это просто название, данное устройству, которое преобразует химическую энергию в электрическую.
  • Емкость – Измеряется в А-ч (ампер-часы) или мАч (миллиампер-часы). Емкость указывает количество тока, которое батарея может отдать в течение 1 часа.
  • Оценка C — оценка, показывающая, насколько быстро батарея разряжается по отношению к ее максимальному току
  • Последовательно/параллельно — Батареи с несколькими ячейками могут быть соединены последовательно или параллельно (или и то, и другое).Последовательное или параллельное размещение элементов позволяет производителям аккумуляторов увеличивать либо напряжение, либо ток соответственно.
  • DoD — Глубина разряда — это мера того, сколько энергии используется в батарее.
  • Напряжение холостого хода – напряжение аккумулятора при измерении без нагрузки
  • Внутреннее сопротивление/эквивалентное последовательное сопротивление/ESR – измеряется в миллиомах, ESR показывает, насколько батарея внутренне сопротивляется протеканию тока  
  • Номинальное напряжение – Напряжение, при котором «обычно» работает батарея.Это напряжение вы найдете на этикетках аккумуляторов. Номинальное напряжение 1-элементных липо-аккумуляторов составляет 3,7 В.
  • Напряжение отключения – напряжение, при котором батарея считается разряженной
  • Энергия – измеряется в Втч (ватт-часах). Энергия представляет собой общий объем работы, которую может выполнить батарея.
  • Срок службы — 1 цикл — это когда вы заряжаете и разряжаете батарею. Срок службы — это общее количество циклов, которые прослужит батарея.
  • Состояние заряда – Число от 0% до 100%.Он сообщает вам, сколько энергии у вас осталось в батарее до ее разрядки.
  • Плотность энергии/мощности – энергия и плотность мощности говорят вам, сколько энергии или мощности вы получаете из определенного объема материала
  • Максимальный непрерывный ток разряда – максимальный ток, при котором батарея может непрерывно разряжаться без повреждения батареи
  • Напряжение заряда – напряжение, при котором следует заряжать аккумулятор

Заключение

Ну вот и мой бред по LiPo аккумуляторам.Я надеюсь, что это полезный путеводитель по миру липо-аккумуляторов. Можно еще много чего сказать, поэтому, если я что-то пропустил или у вас есть вопросы, дайте мне знать в комментариях.

BU-204: Как работают литиевые батареи?

Пионерские работы по литиевой батарее начались в 1912 г. под руководством Г.Н. Льюисом, но только в начале 1970-х годов в продажу поступили первые неперезаряжаемые литиевые батареи. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за нестабильности металлического лития, используемого в качестве материала анода.(В металл-литиевой батарее в качестве анода используется литий, в литий-ионной — графит в качестве анода и активные материалы в катоде.)

Литий — самый легкий из всех металлов, обладает самым большим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую удельную энергию на единицу веса. Аккумуляторы с металлическим литием на аноде могут обеспечить чрезвычайно высокую плотность энергии; однако в середине 1980-х годов было обнаружено, что при циклировании на аноде образуются нежелательные дендриты. Эти частицы роста проникают в сепаратор и вызывают короткое замыкание.Температура элемента быстро повышалась и приближалась к температуре плавления лития, что приводило к тепловому разгону, также известному как «вентиляция пламенем». Большое количество перезаряжаемых металлических литиевых батарей, отправленных в Японию, было отозвано в 1991 году после того, как батарея в мобильном телефоне выпустила горящие газы и нанесла ожоги лицу человека.

Присущая металлическому литию нестабильность, особенно во время зарядки, сместила исследования в сторону неметаллического раствора с использованием ионов лития. В 1991 году Sony выпустила на рынок первый ионно-литиевый аккумулятор, и сегодня эта химия стала самой многообещающей и быстрорастущей батареей на рынке.Хотя удельная энергия ниже, чем у металлического лития, литий-ион безопасен при условии соблюдения ограничений по напряжению и току. (См. BU-304a: Вопросы безопасности при использовании Li-ion)

Изобретение литий-кобальт-оксидной батареи должно принадлежать Джону Б. Гуденафу (1922 г.). Говорят, что во время разработки аспирант, нанятый Nippon Telephone & Telegraph (NTT), работал с Гуденафом в США. Вскоре после прорыва студент вернулся в Японию, взяв с собой открытие.Затем, в 1991 году, Sony объявила о международном патенте на катод из оксида лития-кобальта. Последовали годы судебных тяжб, но Sony смогла сохранить патент, а Гуденаф ничего не получил за свои усилия. В знак признания вклада в разработку литий-ионных аккумуляторов Национальная инженерная академия США в 2014 году наградила Гуденау и других участников премией Чарльза Старка Дрейпера. Институт для оказания помощи в исследовании материалов.

Ключом к превосходной удельной энергии является высокое напряжение элемента 3,60 В. Улучшения в активных материалах и электролитах могут еще больше повысить плотность энергии. Нагрузочные характеристики хорошие, а плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной энергии в желательном и ровном спектре напряжения 3,70–2,80 В на элемент.

В 1994 году стоимость производства литий-ионного аккумулятора в цилиндрическом элементе 18650 превышала 10 долларов США, а емкость составляла 1100 мАч. В 2001 году цена упала ниже 3 долларов, а емкость выросла до 1900 мАч.Сегодня аккумуляторы 18650 с высокой плотностью энергии обеспечивают более 3000 мАч, а стоимость снижается. Снижение стоимости, повышенная удельная энергия и отсутствие токсичных материалов проложили путь к тому, чтобы сделать литий-ионный аккумулятор общепринятым для портативных устройств, тяжелой промышленности, электрических силовых агрегатов и спутников. 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 65 мм. (См. BU-301: Взгляд на упаковку старых и новых батарей)

Литий-ионный аккумулятор

не требует особого обслуживания, и это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химических элементов.Аккумулятор не имеет памяти и не нуждается в упражнениях (преднамеренной полной разрядке), чтобы поддерживать его в хорошем состоянии. Саморазряд в два раза меньше, чем у систем на основе никеля, и это помогает использовать датчики уровня топлива. Номинальное напряжение ячейки 3,60 В может напрямую питать мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры, предлагая упрощение и снижение затрат по сравнению с конструкциями с несколькими ячейками. Недостатками являются необходимость в схемах защиты от злоупотреблений, а также высокая цена.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионный использует катод (положительный электрод), анод (отрицательный электрод) и электролит в качестве проводника.(Анод разряжающейся батареи отрицательный, а катод положительный (см. BU-104b: Конструктивные блоки батареи). Катод представляет собой оксид металла, а анод состоит из пористого углерода. Во время разряда ионы перетекают от анода к катоду через электролит и сепаратор, заряд меняет направление, и ионы текут от катода к аноду Рис. 1 иллюстрирует процесс

Рис. 1. Поток ионов в литий-ионном аккумуляторе.
Когда элемент заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом (положительным электродом) и анодом (отрицательным электродом).При разряде анод подвергается окислению или потере электронов, а катод испытывает восстановление или прирост электронов. Заряд меняет направление движения. Литий-ионные аккумуляторы

бывают разных видов, но все они имеют одну общую черту — лозунг «литий-ион». Несмотря на поразительное сходство на первый взгляд, эти батареи различаются по производительности, а выбор активных материалов придает им уникальные особенности. (См. BU-205: Типы Li-ion)

Оригинальный литий-ионный аккумулятор Sony использовал кокс в качестве анода (угольный продукт).С 1997 года большинство производителей ионно-литиевых аккумуляторов, включая Sony, перешли на графит, чтобы добиться более плоской кривой разряда. Графит — это форма углерода, обладающая долговременной циклической стабильностью и используемая в графитовых карандашах. Это самый распространенный углеродный материал, за которым следуют твердый и мягкий углерод. Углеродные нанотрубки еще не нашли коммерческого применения в литий-ионных батареях, поскольку они имеют тенденцию запутывать и влиять на производительность. Материалом будущего, который обещает улучшить характеристики литий-ионных аккумуляторов, является графен.

На рис. 2 показана кривая разряда напряжения современного литий-ионного аккумулятора с графитовым анодом и ранней коксовой версии.

Рис. 2: Кривая напряжения разряда литий-ионного аккумулятора.
Батарея должна иметь плоскую кривую напряжения в допустимом диапазоне разрядки. Современный графитовый анод делает это лучше, чем ранняя коксовая версия. Предоставлено Cadex

Было опробовано несколько добавок, в том числе сплавы на основе кремния, для улучшения характеристик графитового анода. Требуется шесть атомов углерода (графита), чтобы связать один ион лития; один атом кремния может соединиться с четырьмя ионами лития.Это означает, что кремниевый анод теоретически может хранить в 10 раз больше энергии, чем графит, но расширение анода во время заряда представляет собой проблему. Поэтому аноды из чистого силикона непрактичны, и обычно к аноду на основе кремния добавляют только 3–5 процентов кремния для достижения хорошего срока службы.

Использование наноструктурированного титаната лития в качестве добавки к аноду показывает многообещающий срок службы, хорошие возможности нагрузки, отличные характеристики при низких температурах и превосходную безопасность, но удельная энергия низка, а стоимость высока.

Экспериментирование с материалом катода и анода позволяет производителям улучшать внутренние качества, но одно усовершенствование может поставить под угрозу другое. Так называемая «энергетическая ячейка» оптимизирует удельную энергию (емкость) для достижения длительного времени работы, но при более низкой удельной мощности; «Power Cell» предлагает исключительную удельную мощность, но при меньшей мощности. «Hybrid Cell» представляет собой компромисс и предлагает понемногу и то, и другое. (Подробнее о BU-501: Основы разрядки)

Производители могут относительно легко добиться высокой удельной энергии и низкой стоимости, добавляя никель вместо более дорогого кобальта, но это делает элемент менее стабильным.В то время как начинающая компания может сосредоточиться на высокой удельной энергии и низкой цене, чтобы получить быстрое признание на рынке, безопасность и долговечность не могут быть поставлены под угрозу. Известные производители уделяют большое внимание безопасности и долговечности. В таблице 3 приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют аналогичную конструкцию, состоящую из положительного электрода (катода) из оксида металла, нанесенного на алюминиевый токосъемник, отрицательного электрода (анода), изготовленного из углерода/графита, нанесенного на медный токосъемник, сепаратора и электролит из соли лития в органическом растворителе. В таблице 3 приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Преимущества
  • Высокая удельная энергия и высокая нагрузочная способность благодаря элементам питания
  • Длительный цикл и увеличенный срок хранения; не требует технического обслуживания
  • Высокая емкость, низкое внутреннее сопротивление, хороший кулоновский КПД
  • Простой алгоритм зарядки и достаточно короткое время зарядки
  • Низкий саморазряд (менее половины от NiCd и NiMH)
Ограничения
  • Требуется схема защиты для предотвращения теплового разгона при нагрузке
  • Разлагается при высокой температуре и при хранении под высоким напряжением
  • Невозможна быстрая зарядка при температуре замерзания (<0°C, <32°F)
  • Требуются правила транспортировки при отгрузке в больших количествах
Таблица 3: Преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов

Батареи в портативном мире

Материал по Battery University основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров », который доступен для заказа через Amazon.ком.

Информация об аккумуляторе и обслуживание | Батареи R&J

Клеммы аккумулятора для различных применений

Клеммы аккумулятора — это электрические контакты, используемые для подключения нагрузки (автомобиля или другого оборудования) или зарядного устройства к аккумулятору. Они бывают самых разных конструкций, размеров и функций в зависимости от типа.

R&J Batteries предлагает сменные аккумуляторные клеммы для ваших аккумуляторов во всех местных магазинах по всей Австралии, подходящие для широкого спектра брендов и моделей.От того, какой у вас аккумулятор, будет зависеть тип клемм аккумулятора, который вам нужен.

 

Клеммы автомобильного аккумулятора

Обычно на автомобильных аккумуляторах есть три типа клемм, в зависимости от типа транспортного средства, будь то автомобиль, грузовик или транспортное средство для отдыха. Некоторые батареи поставляются с клеммами в двух разных конфигурациях. Важно убедиться, что вы выбрали правильную конфигурацию, так как это может помешать кабелям аккумулятора.

 

Три типа:

 

Клеммы SAE

SAE является стандартом для большинства автомобилей.Состоящие из двух свинцовых столбов в форме усеченных конусов, расположенных в верхней части батареи, они имеют немного разные диаметры для обеспечения правильной электрической полярности.

 

 

 

Терминалы JIS

Клемма аккумуляторной батареи JIS аналогична клемме SAE, но меньшего размера. Как и в случае с SAE, положительное значение больше отрицательного, но оба они меньше, чем их аналоги SAE. Большинство старых японских автомобилей были оснащены терминалами JIS.

 

 

L Клеммы

Клеммы

L состоят из L-образной стойки с отверстием для болта на вертикальной стороне. Как правило, они используются для аккумуляторов в некоторых европейских автомобилях, мотоциклах, газонных и садовых устройствах, снегоходах и других транспортных средствах малой грузоподъемности.

 

Клеммы морской батареи

 

Клеммы морской батареи

Клеммы морского аккумулятора

обычно имеют двойные штыри: штырь с резьбой 3/8”-16 для положительного контакта и штырь с резьбой 5/16”-18 для отрицательного контакта, а также пару конических штырей SAE

.

 

 

Химия аккумуляторов и элементов.Аккумуляторная грунтовка.

 

 

Примечание: Названия «Батарейки» и «Элементы» используются в этом тексте взаимозаменяемо, хотя, строго говоря, батарея состоит из группы элементов питания. Подробнее на странице для начинающих.

 

Как работают энергетические элементы

 

Гальваническое или вольтовое действие

Проще говоря, энергетические элементы или батареи можно рассматривать как электронные насосы.

 

Внутренняя химическая реакция внутри батареи между электролитом и отрицательным металлическим электродом приводит к накоплению свободных электронов, каждый из которых имеет отрицательный заряд, на отрицательной (-) клемме батареи — аноде.

 

Химическая реакция между электролитом и положительным (+) электродом внутри батареи приводит к избытку положительных (+) ионов (атомов, у которых отсутствуют электроны, поэтому они имеют положительный заряд) на положительном (+) полюсе — катоде аккумулятора.

 

Электрическое (насосное) давление или разность потенциалов между клеммами + и — называется напряжением или электродвижущей силой (ЭДС).

 

Различные металлы имеют разное сродство к электронам. Когда два разнородных металла (или соединения металлов) соприкасаются или соединяются через проводящую среду, электроны имеют тенденцию переходить от металла с меньшим сродством к электронам, который становится положительно заряженным, к металлу с большим сродством, который становится положительно заряженным. становится отрицательно заряженным.Таким образом, разность потенциалов между металлами будет нарастать до тех пор, пока она не уравновесит тенденцию переноса электронов между металлами. В этот момент «равновесный потенциал» — это тот, который уравновешивает разницу между склонностью двух металлов приобретать или терять электроны.

 

Ток течет от положительной клеммы к отрицательной, но, как ни странно, электроны текут в противоположном направлении. Эта путаница возникает из-за того, что мы склонны предполагать, что единственными носителями тока являются электроны.На самом деле положительные ионы также являются носителями тока и текут в том же направлении, что и ток. В гальваническом элементе положительные ионы переносят ток через элемент, а электроны переносят ток во внешней цепи. Посмотрите на Бенджамина Франклина, которого ложно обвинили в неправильном названии текущего потока.

Аккумулятор или гальванический элемент накапливают энергию в химической форме в своих активных материалах и могут при необходимости преобразовывать ее в электрическую энергию, как правило, посредством электрохимической окислительно-восстановительной, окислительно-восстановительной реакции (см. ниже).

(Примечание. Общее название «окислительно-восстановительный», по-видимому, было присвоено недавней конструкции проточной батареи, в которой используются две окислительно-восстановительные пары ванадия).

 

Каждый гальванический или энергетический элемент состоит как минимум из трех, а иногда и из четырех компонентов

  1. Анод или отрицательный электрод является восстановительным или топливным электродом.Он отдает электроны во внешнюю цепь и окисляется в ходе электрохимической (разрядной) реакции. Обычно это металл или сплав, но также используется водород. Анодный процесс представляет собой окисление металлического восстановителя с образованием ионов металла.

    ( LEO Потерянные электроны — Окисление )

    В качестве альтернативы

    ( МАСЛО — Окисление — это потеря)

  2. Катод или положительный электрод является окислительным электродом.Он принимает электроны из внешней цепи и восстанавливается в ходе электрохимической (разрядной) реакции. Обычно это оксид металла или сульфид, но также используется кислород. Катодный процесс представляет собой восстановление окислителя (оксида) до выхода металла.
    ( GER Прирост электронов — Уменьшение ). Помните мнемонику рычания льва.
  3. В качестве альтернативы

    ( Буровая установка — Уменьшение — усиление) Альтернативная мнемоника — НЕФТЯНАЯ ВЫСТАВКА

  4. Электролит (ионный проводник), который обеспечивает среду для переноса заряда в виде ионов внутри элемента между анодом и катодом.Электролит обычно представляет собой растворитель, содержащий растворенные химические вещества, обеспечивающие ионную проводимость. Он должен быть непроводником электронов, чтобы избежать саморазряда элемента.
  5. Ионы металлов представляют собой атомы металлов, у которых отсутствуют электроны, и поэтому они заряжены положительно. Частицы с отсутствующими электронами называются катионами , и во время разряда они движутся через электролит к положительному электроду, ошибочно называемому катодом * См. примечание ниже.

    Анионы представляют собой атомы или частицы с избытком электронов и, следовательно, отрицательно заряженные.Во время разряда они притягиваются через внешнюю цепь к отрицательному электроду, называемому анодом * .

  6. Сепаратор , который электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Процесс выписки

 

Когда аккумулятор полностью заряжен, избыток электронов на аноде дает ему отрицательный заряд, а недостаток электронов на катоде дает положительный заряд, что приводит к разности потенциалов на ячейке.

Когда цепь замыкается, избыточные электроны перетекают во внешнюю цепь от отрицательно заряженного анода, который теряет весь свой заряд, к положительно заряженному катоду, который их принимает, нейтрализуя его положительный заряд. Это действие уменьшает разность потенциалов на ячейке до нуля. Цепь замыкается или уравновешивается потоком положительных ионов в электролите от анода к катоду.

Поскольку электроны заряжены отрицательно, электрический ток, который они представляют, течет в противоположном направлении, от катода (положительный вывод) к аноду (отрицательный вывод).

 

Анод — это электрод, через который электроны выходят из поляризованного электрического устройства (или электрод, через который поступает ток)

Мнемоника ACID = A узел C текущий I nto D устройство (во время разряда).

 

Две электролитные системы

 

Принципы работы гальванического или гальванического элемента можно продемонстрировать на примере работы элемента Даниэля, двухэлектролитной системы.

 

КАТОД

ДЭНИЭЛЛ СЕЛЛ

АНОД

положительный полюс аккумулятора

отрицательный полюс аккумулятора

 

Цинк теряет электроны быстрее, чем медь

 

 

Принимает электроны из внешней цепи

Поставляет электроны во внешнюю цепь

   

Отложения металлической меди на катоде

Цинк переходит в водный раствор

   

Сайт Сокращение

Участок Окисление

 

 

Полуэлемент с наивысшим электродным потенциалом

Полуэлемент с самым низким электродным потенциалом

Германия

Лев

Системы первичных элементов с двумя электролитами существуют с 1836 года, когда для решения проблемы поляризации был изобретен элемент Даниэля.Это расположение показывает, что фактически имеются две полуячейки , в которых происходят химические действия. Каждый электрод погружен в отдельный электролит, с которым он реагирует. Потенциал электрода , положительный или отрицательный, представляет собой напряжение, развиваемое одним электродом. Электролиты отделены друг от друга солевым мостиком или пористой мембраной , которая является нейтральной и не принимает участия в реакции. В процессе осмоса он пропускает ионы сульфата, но блокирует ионы металлов.

Эта схема с двумя электролитами обеспечивает больше степеней свободы или контроля над химическим процессом.

Несмотря на более сложную конструкцию, эти элементы позволили создать элементы с более длительным сроком службы за счет оптимизации комбинации электролит/электрод отдельно для каждого электрода.

Совсем недавно они использовались в качестве основы для проточных батарей, в которых электролиты прокачиваются через батарею, обеспечивая почти неограниченную емкость.

 

Цинк является очень популярным анодным материалом, и описанное выше химическое действие приводит к его растворению в электролите.

Можно сказать, что показанная ячейка Даниэля «сжигает цинк и откладывает медь»

Окислительно-восстановительные реакции и полуэлементы

Простая ячейка с одним электролитом также может быть представлена ​​двумя полуячейками.Это можно рассматривать как частный случай ячейки Даниэля с двумя одинаковыми электролитами.

Модель клетки как двух полуэлементов используется электрохимиками и разработчиками ячеек для расчета электродных потенциалов и характеристики химических реакций внутри клетки. В одной половине клетки происходит восстановление, а в другой — окисление. В батарее обе реакции протекают одновременно, и объединенная реакция называется окислительно-восстановительной реакцией (восстановление и окисление)

.

Напряжение ячейки или электродвижущая сила (ЭДС) для внешнего тока, полученного от ячейки, представляет собой разность стандартных электродных потенциалов двух реакций половин ячейки при стандартных условиях.Но настоящие гальванические элементы обычно отличаются от стандартных условий. Уравнение Нернста связывает фактическое напряжение химического элемента со стандартными электродными потенциалами с учетом температуры и концентраций реагентов и продуктов. ЭДС клетки будет уменьшаться по мере уменьшения концентрации активных химических веществ по мере их использования до тех пор, пока одно из химических веществ не будет полностью исчерпано.

Теоретическая энергия, доступная из ячейки, может быть рассчитана с использованием уравнения свободной энергии Гиббса для начального и конечного состояний равновесия.

 

К счастью, такие глубокие знания в области химии клеток и термодинамики обычно не требуются инженерам по применению батарей.

 

    * Важное примечание: Существует много путаницы, связанной с обозначением электродов вторичных элементов как анодов или катодов. Строго говоря, обозначение зависит от направления тока.Это означает, что он меняется в зависимости от того, заряжается или разряжается элемент. Это связано с тем, что анод определяется как электрод, который производит электроны (окислительная полуреакция), а катод определяется как электрод, который получает электроны (восстановительная полуреакция). Это справедливо как для зарядки, так и для разрядки. Другими словами:

    Во время разряда анод является отрицательным электродом, а катод — положительным электродом.

    Во время зарядки анод является положительным электродом, а катод — отрицательным электродом.

    Мнемоника ACID для «Анодный ток в устройство» связывает обозначение электрода с направлением тока.

    Путаница, к сожалению, усугубляется из-за различных соглашений об именах, обычно применяемых к электродам батареи.Электроды вторичных элементов обычно называют просто анодами и катодами, которые соответствуют реакции разрядки, при вводящем в заблуждение игнорировании реверсирования, соответствующего процессу зарядки.

     

    Другой способ взглянуть на это состоит в том, что полярность катода по отношению к аноду может быть положительной или отрицательной. Таким образом, общепринятые обозначения катода и анода не меняются в зависимости от направления тока.


Первичные элементы

В первичных элементах эта электрохимическая реакция необратима. Во время разрядки химические соединения постоянно изменяются, и электрическая энергия высвобождается до тех пор, пока исходные соединения не будут полностью исчерпаны. Таким образом, ячейки можно использовать только один раз.


Вторичные элементы

Во вторичных элементах эта электрохимическая реакция является обратимой, и исходные химические соединения могут быть восстановлены приложением электрического потенциала между электродами, подающими энергию в элемент.Такие элементы можно разряжать и перезаряжать много раз.

 

Действие аккумуляторной батареи (значительно упрощенное)

 

Процесс зарядки

Зарядное устройство отрывает электроны от анода, оставляя его с положительным зарядом, и направляет их на катод, придавая ему отрицательный заряд.Энергия, закачиваемая в клетку, возвращает активные химические вещества в исходное состояние.

 

Выбор активных химикатов

Напряжение и ток, генерируемые гальваническим элементом, напрямую связаны с типами материалов, используемых в электродах и электролите.

Склонность отдельного металла или соединения металлов приобретать или терять электроны по отношению к другому материалу известна как его электродный потенциал.Таким образом, сила окислителей и восстановителей определяется их стандартными электродными потенциалами. Соединения с потенциалом положительного электрода используются для анодов, а соединения с потенциалом отрицательного электрода — для катодов. Чем больше разница между электродными потенциалами анода и катода, тем больше ЭДС ячейки и тем большее количество энергии может производить ячейка.

 

Периодическая таблица

Анодные и катодные материалы выбираются с учетом их пригодности в качестве окислителей или восстановителей.Относительные восстановительные и окислительные способности элементов указаны цветной стрелкой в ​​Периодической таблице ниже. Сильные восстановители сгруппированы слева, а сильные окислители сгруппированы справа.

 

  • Группы
  • Элементы в каждой отдельной группе имеют одинаковое количество «валентных» электронов на внешней валентной оболочке.Поскольку количество валентных электронов определяет, как атом химически реагирует с другими атомами, элементы в пределах определенной группы, как правило, имеют схожие химические свойства.

    Внешняя электронная оболочка может иметь до восьми электронов, но с полным набором из восьми электронов, как в благородных газах (группа 18), нет «свободных» электронов, доступных для участия в химических реакциях, поэтому благородные газы химически нереактивный или инертный. Таким образом, во внешней валентной оболочке атомов фактически имеется только семь возможных валентных электронов, и каждый элемент имеет уникальное характеристическое число электронов, определяющее его свойства.Способы взаимодействия атомов с другими атомами, другими словами их возможные химические реакции, определяются числом электронов в их валентных оболочках.

    Наиболее реактивные элементы находятся в левом и правом краях таблицы. Это щелочные металлы (группа 1), атомы которых имеют только один электрон в своих валентных оболочках, и галогены (группа 17) с семью валентными электронами, у которых отсутствует только один электрон из полной оболочки.

     

  • Периоды
  • Все элементы в любой период имеют одинаковое количество электронных оболочек или орбит, что соответствует количеству возможных энергетических уровней электронов в атоме. Номер периода соответствует количеству электронных оболочек.

    Число, содержащееся в каждой ячейке таблицы, представляет собой атомный номер элемента, который представляет собой число протонов в ядре каждого атома.Двигаясь слева направо по таблице от группы 1 к группе 18 в каждом периоде, число протонов на атом увеличивается на один от каждого элемента к соседнему элементу.

 

Восстановители (элементы) имеют избыточные электроны на своей внешней валентной оболочке, которые они отдают в окислительно-восстановительной реакции и, следовательно, окисляются. Окислители (элементы) имеют дефицит электронов в своей валентной оболочке, которая принимает электроны в окислительно-восстановительной реакции и восстанавливается.

 

См. также Стандартную модель физики элементарных частиц, показывающую фундаментальные частицы.

 

Электрохимическая серия

Приведенный ниже электрохимический ряд представляет собой список или таблицу металлических элементов или ионов, расположенных в соответствии с их электродными потенциалами. Порядок показывает тенденцию одного металла восстанавливать ионы любого другого металла ниже его в ряду.Потенциалы выбраны по отношению к водороду, потенциал которого был произвольно определен как ноль, что приводит к положительным и отрицательным значениям электродного потенциала. На самом деле они следуют прогрессивной последовательности, охватывающей диапазон около 6 вольт.

Образец из таблицы стандартных потенциалов показывает экстремумы таблицы.


Прочность окислителей и восстановителей

Катод (восстановление)
Полуреакция

Стандартный потенциал
Е° (вольты)

Li + (водный) + e —> Li(s)

-3.04

K + (водный) + e —> K(s)

-2,92

Ca 2+ (водный) + 2e —> Ca(s)

-2.76

Na + (водный) + e —> Na(s)

-2,71

Zn 2+ (водн.) + 2e —> Zn(s)

-0.76

2H + + 2e —> H 2

0

Cu 2+ (водн.) + 2e —> Cu(s)

0.34

O 3

O 3 + (G) + 2H + (AQ) + 2E -> O 2 (G) + H 2 O (L)

2,07

F 2 (g) + 2e —> 2F (aq)

2.87

Значения для записей в таблице представляют собой восстановительные потенциалы, поэтому литий в верхней части списка имеет самое отрицательное число, что указывает на то, что это самый сильный восстановитель. Самым сильным окислителем является фтор с наибольшим положительным числом для стандартного электродного потенциала.

 

На силу восстановительной или окислительной способности соединений указывают также их характерные электродные потенциалы.


Доступная энергия

Химические элементы содержат собственный электрохимический энергетический потенциал, связанный с энергией электронов в самой внешней электронной оболочке или валентной зоне атома, а также с наличием в его текущем состоянии потенциального избытка или дефицита электронов. Эти внешние электроны, называемые валентными электронами, определяют, как атом химически реагирует с другими атомами. Атомы, у которых валентная оболочка заполнена, обычно химически инертны.Атомы с одним или двумя валентными электронами больше, чем в закрытой оболочке, обладают высокой реакционной способностью, поскольку лишние электроны легко удаляются с образованием положительных ионов (окисление). Атомы с одним или двумя валентными электронами меньше, чем у закрытой оболочки, также обладают высокой реакционной способностью из-за тенденции либо приобретать недостающие электроны и образовывать отрицательные ионы (восстановление), либо делиться электронами и образовывать ковалентные связи. Самая низкая энергия для вида наступает, когда его внешняя оболочка полностью занята электронами. Приобретение или потеря электронов изменяет энергетический уровень атома, и именно эта энергия высвобождается в виде электрической энергии во время разряда первичной или вторичной батареи или поглощается при зарядке вторичной батареи.

Энергия, доступная в атоме для выполнения внешней работы, называется свободной энергией Гиббса , и показатель величины этого высвобождения потенциальной энергии определяется электродным потенциалом элемента. Для сбалансированной реакции это выражается в следующем уравнении:

 

ΔG = — E 0 н. Ф

Где

ΔG Изменение свободной энергии Гиббса в джоулях

E 0 — стандартный электродный потенциал или ЭДС в вольтах (см. таблицу выше)

n – число молей электронов, переданных в ячейке реакции на моль реакции

F — постоянная Фарадея в кулонах на моль (величина электрического заряда на моль электронов)

 

Это уравнение используется для расчета энергии, получаемой в результате окислительно-восстановительных реакций, возможных с различными комбинациями активных химических веществ.

Напряжение или разность потенциалов между реакциями окисления и восстановления возникает из-за различных электрохимических потенциалов реакций восстановления и окисления в батарее. Электрохимический потенциал является мерой разницы между средней энергией самых внешних электронов молекулы или элемента в двух его валентных состояниях.

 

История

 

В приведенной ниже таблице показаны некоторые распространенные химические вещества, используемые для электродов аккумуляторов, расположенные в порядке их относительного электродного потенциала.

Анодные материалы   Катодные материалы

(отрицательные клеммы)

(плюсовые клеммы)

ЛУЧШИЙ — (самый отрицательный)

ЛУЧШИЙ- (самый положительный)

Литий Феррата
Магний Оксид железа
Алюминий Оксид меди
Цинк Йодат
Хром Оксид меди
Железо Оксид ртути
Никель Оксид кобальта
Олово Диоксид марганца
Свинец Двуокись свинца
Водород Оксид серебра
Медь Кислород
Серебро Оксигидроксид никеля
Палладий Диоксид никеля
Меркурий Пероксид серебра
Платина Перманганат
Золото Бромат

ХУДШЕЕ — (наименее отрицательное)

ХУДШИЙ — (наименее положительный)

Элементы, использующие водные (содержащие воду) электролиты, имеют ограничение по напряжению до уровня менее 2 В, поскольку кислород и водород в воде диссоциируют при наличии напряжения выше этого напряжения.Литиевые батареи (см. ниже), в которых используются неводные электролиты, не имеют этой проблемы и доступны с напряжением от 2,7 до 3,7 вольт. Однако использование неводных электролитов приводит к тому, что эти элементы имеют относительно высокий внутренний импеданс.

 

Подробнее о выборе материалов для электродов см. на странице, посвященной новым конструкциям аккумуляторов и химическому составу.

 

Альтернативные химические реакции

Совсем недавно была разработана новая клеточная химия с использованием альтернативных химических реакций традиционной окислительно-восстановительной схеме.

Металлогидридные ячейки

Химический состав элементов с гидридами металлов зависит от способности некоторых металлов поглощать большие количества водорода. Эти металлические сплавы, называемые гидридами, могут служить хранилищем водорода, который может обратимо вступать в химические реакции в элементах аккумуляторной батареи. Такие металлы или сплавы используются для отрицательных электродов. Положительный электрод представляет собой гидроксид никеля, как в никель-кадмиевых батареях. Электролит, который также представляет собой водный раствор, поглощающий водород, такой как гидроксид калия, не принимает участия в реакции, а служит для переноса водорода между электродами.

Литий-ионные аккумуляторы

В отличие от традиционного окислительно-восстановительного гальванического действия, химия литий-ионных вторичных элементов зависит от механизма «интеркаляции». Это включает внедрение ионов лития в кристаллическую решетку электрода-хозяина без изменения его кристаллической структуры. Эти электроды обладают двумя ключевыми свойствами

  1. Открытые кристаллические структуры, позволяющие вводить или извлекать ионы лития
  2. Способность одновременно принимать компенсирующие электроны

Такие электроды называются интеркаляционными хостами.

В типичном литиевом элементе анод или отрицательный электрод основан на углероде, а катод или положительный электрод изготовлен из диоксида лития-кобальта или диоксида лития-марганца. (Другие химические вещества также возможны)

Поскольку литий бурно реагирует с водой, электролит состоит из неводных органических солей лития и действует исключительно как проводящая среда и не принимает участия в химическом воздействии, а поскольку в химическом воздействии не участвует вода, выделение водорода и кислородные газы, как и во многих других батареях, также исключаются.

 

Во время разряда ионы лития отделяются от анода, мигрируют через электролит и внедряются в кристаллическую структуру основного соединения. В то же время компенсирующие электроны перемещаются по внешней цепи и принимаются хозяином, чтобы уравновесить реакцию.

Процесс полностью обратим. Таким образом, ионы лития проходят между электродами во время зарядки и разрядки.Это привело к названиям «Кресло-качалка», «Качели» или «Волан» для ионно-литиевых батарей.

 

  • Твердоэлектролитный интерфейс/межфазный слой (SEI)
    Слой SEI необходим для стабильности литиевых вторичных элементов, использующих угольные аноды.
  •  

    Электролит энергично реагирует с угольным анодом во время начального формирования заряда, и образуется тонкий пассивирующий слой SEI, который замедляет скорость заряда и ограничивает ток

     

    Отложение слоя SEI является неотъемлемой частью процесса формирования, когда клетки получают свой первый заряд.

    НО слой SEI увеличивает внутреннее сопротивление элемента и снижает возможные скорости заряда, а также характеристики при высоких и низких температурах.

    Чрезмерное тепло может привести к разрушению защитного барьерного слоя SEI, что приведет к перезапуску анодной реакции с выделением большего количества тепла, что приведет к тепловому разгону.

    Толщина слоя SEI неоднородна и увеличивается с возрастом, увеличивая внутреннее сопротивление элемента, уменьшая его емкость и, следовательно, срок его службы.

     

    Аноды из оксида титаната лития (LTO)

    не вступают в неблагоприятную реакцию с обычно используемыми электролитами в литий-ионных элементах, поэтому слой SEI не образуется и не требуется в элементах LTO. Это дает новые степени свободы в изменении производительности ячеек. См. Варианты литиевых элементов

     

Разновидности литиевой технологии также используются в первичных элементах, которые изначально были разработаны для космических и военных применений.К ним относятся литий-тионилхлорид и литий-диоксид серы, в которых используются реактивные электролиты и жидкие катоды для получения более высокой плотности энергии и мощности.


Альтернативные химические вещества – специальные ароматизаторы

Разработка более качественной батареи — это не просто вопрос выбора пары элементов с большей разницей в электродных потенциалах, в игру вступает множество других факторов. Это могут быть: доступность и стоимость сырья, стабильность или безопасность химической смеси, технологичность компонентов, обратимость электрохимической реакции, проводимость компонентов, диапазон рабочих температур и, вполне возможно, желание обойти патент какого-то другого производителя. .Все эти соображения приводят к использованию ограниченного набора основных химических веществ, но с более широким разнообразием запатентованных составов материалов.

 

За прошедшие годы был разработан широкий спектр химических элементов и добавок для оптимизации характеристик элементов для различных применений.

Альтернативные активные соединения могут быть заменены для увеличения плотности энергии (см. ниже), увеличения емкости по току, уменьшения внутреннего импеданса, уменьшения саморазряда, увеличения напряжения на клеммах, улучшения кулоновского КПД или снижения затрат.

Дополнительные соединения могут быть включены для изменения поведения активных соединений, чтобы увеличить срок службы, предотвратить коррозию или утечку, контролировать поляризацию или повысить безопасность. Они могут включать катализаторы, которые можно использовать для стимулирования или ускорения желаемых химических действий, таких как рекомбинация активных химических веществ в герметичных ячейках. Они могут также включать ингибиторы, которые могут быть добавлены для замедления или предотвращения нежелательных физических или химических воздействий, таких как образование дендритов.

 

К ассортименту доступных химических элементов добавляются элементы с различной емкостью и физической конструкцией элементов, поэтому у инженера по применению аккумуляторов есть широкий выбор вариантов.

 

Плотность энергии

Плотность энергии — это мера количества энергии на единицу веса или на единицу объема, которое может храниться в батарее.Таким образом, для данного веса или объема химический состав ячейки с более высокой плотностью энергии будет хранить больше энергии или, альтернативно, для данной емкости хранения ячейка с более высокой плотностью энергии будет меньше и легче. На приведенной ниже диаграмме показаны некоторые типичные примеры.

Относительная плотность энергии некоторых распространенных вторичных клеточных химических реакций


Как правило, более высокая плотность энергии достигается за счет использования более реакционноспособных химических веществ.Недостатком является то, что более химически активные химические вещества, как правило, нестабильны и могут потребовать специальных мер предосторожности. Плотность энергии также зависит от качества активных материалов, используемых в конструкции ячейки, с примесями, ограничивающими достижимую емкость ячейки. Вот почему элементы разных производителей с одинаковым химическим составом элементов и похожей конструкцией могут иметь различное энергосодержание и характеристики разряда.

Обратите внимание, что часто существует разница между цилиндрическими и призматическими ячейками.Это связано с тем, что указанная плотность энергии обычно относится не только к химическим веществам, но и ко всей ячейке, принимая во внимание материалы корпуса ячейки и соединения. Таким образом, на плотность энергии влияют или ограничивают практические аспекты конструкции ячейки.


Поставка основных химических элементов

Беспокоитесь о наличии экзотических химикатов и возможном влиянии будущего спроса на цены?

На приведенной ниже диаграмме показано относительное содержание химических элементов в земной коре.

Источник — Информационный бюллетень Геологической службы США 087-02


Примечание. На приведенной выше диаграмме литий в 20-100 раз более распространен по количеству атомов, чем свинец и никель. Причина, по которой он менее распространен, заключается в том, что литий, будучи гораздо более реакционноспособным, чем любой из металлов, обычно не встречается в свободном состоянии, а сочетается с другими элементами.Напротив, свинец, будучи менее реакционноспособным, чаще встречается в свободном состоянии, и его легче извлекать и очищать. Тяжелые металлы кадмий и ртуть, использование которых в настоящее время не рекомендуется из-за их токсичности, в 1000 раз менее распространены, чем литий.

 

Потребление лития в батареях электромобилей и гибридных автомобилей

Содержание лития в литиевой батарее большой емкости на самом деле довольно мало.

Взяв в качестве примера литий-кобальтовый элемент, содержание лития в катодном материале LiCoO 2 составляет всего 7% по весу. Сам катодный материал составляет от 25% до 33% веса батареи, так что содержание лития в электроде в элементе составляет около 2% веса элемента. Кроме того, электролит, на долю которого приходится около 10% веса батареи, также содержит меньшее количество растворенного лития, так что общее содержание лития в высокоэнергетической батарее обычно составляет менее 3% по весу.

 

Литиевые батареи, используемые в электромобилях и гибридных автомобилях, весят около 7 кг на кВт·ч, поэтому содержание лития будет составлять около 0,2 кг на кВт·ч. Типичный пассажирский электромобиль может использовать аккумуляторы емкостью от 30 кВтч до 50 кВтч, так что содержание лития будет составлять от 6 до 10 кг на аккумулятор электромобиля.

Емкость аккумуляторов HEV обычно составляет менее 10 % от емкости аккумулятора EV, а вес используемого лития соответственно на 10 % меньше.

Таким образом, 1 миллион электромобилей будет потреблять менее 10 000 тонн лития (без переработки), а 1 миллион ГЭМ будет потреблять не более 1 000 тонн

Учитывая доступные запасы лития (см. следующий раздел), лития более чем достаточно для удовлетворения мирового спроса на автомобильные аккумуляторы высокой энергии.

 

Принадлежности для лития

Литий является 31-м наиболее распространенным элементом в земной коре с содержанием 20 частей на миллион.Это сопоставимо со свинцом (14 частей на миллион), оловом (2,3 части на миллион), кобальтом (25 частей на миллион) и никелем (84 части на миллион). Он содержится в небольших количествах почти во всех магматических породах и минеральных источниках с особенно большими месторождениями в Китае, Северной Америке, Бразилии, Чили, Аргентине, России, Испании и некоторых частях Африки.

 

Текущая оценка эксплуатационных запасов (не считая добычи из морской воды) оценивается в 28,4 млн тонн. Кроме того, земля 1.4 × 10 21 килограммов морской воды содержат относительно высокое содержание лития 0,17 частей на миллион, что означает, что в Мировом океане содержится более 200 миллиардов тонн лития.

Геологическая служба США сообщила, что мировое производство лития в 2006 году составило 333 000 метрических тонн, что немного меньше, чем в предыдущем году. Ожидается, что в 2010 году Китай будет производить 45 000 тонн лития в год на соляных заводах

 

Токсичность лития

Если вам интересно, были ли какие-либо токсические эффекты, связанные с литием, утверждается, что литий, наоборот, имеет терапевтические преимущества.Безалкогольный напиток «7Up» начал свою жизнь в 1929 году, за два месяца до краха Уолл-Стрит, с броским названием «Bib Label Lithiated Lemon-Lime Soda». «7Up» содержал цитрат лития до 1950 года, когда его формула была изменена, некоторые говорят, из-за ассоциации лития с психическими заболеваниями. С 1940-х годов литий в форме карбоната лития успешно используется для лечения психических расстройств, особенно маниакальной депрессии. Однако, как и в случае с большинством химических веществ, небольшие дозы могут быть безопасными или терапевтическими, но слишком большие дозы могут привести к летальному исходу.

Подробнее о токсичности см. на странице «Новые конструкции и химические составы батарей».


Изготовьте аккумулятор самостоятельно дома или в школе

См. «Самодельные батареи» для получения инструкций о том, как сделать батарею из простых материалов, доступных в домашних условиях.

 

Новый химический состав аккумуляторов

Подробнее о внедрении новой аккумуляторной технологии см. на следующей странице Новые конструкции и химический состав аккумуляторов

 

Конструкция батареи

Информацию о механической конструкции батарей можно найти на следующих страницах:

 

Практическая клеточная химия

Описаны некоторые из наиболее распространенных клеточных химических процессов и области применения, для которых они подходят, если вы перейдете по ссылкам ниже: —

Первичные ячейки

Дополнительные элементы

 

Необычные батарейки

 

Сравнительная таблица клеточной химии

Альтернативные методы производства и хранения энергии

 

 

 

 

 

Начало работы в Altium Designer: Схема | Блог о дизайне печатных плат

Джек Олсон

|&nbsp Создано: 15 сентября 2019 г. &nbsp|&nbsp Обновлено: 10 августа 2020 г.

Схема — это способ записать идею.Схемы — это рисунки или диаграммы, которые используются для передачи электронных идей другим. Возможно, вы никогда об этом не задумывались, но любой, кто разбирается в электронике, может посмотреть на вашу схему и понять вашу идею, независимо от того, на каком языке он говорит!

Схемы — это универсальный «язык» для записи и обмена электронными идеями.

Вот официальное определение из IPC-T-50 (Термины и определения):

Вот краткое введение в принципы работы схем с некоторыми полезными советами и рекомендациями, которые следует учитывать при их разработке.Начнем с простого примера. Любой, кто понимает основы теории цепей, может объяснить следующую схему:


Очень простая принципиальная схема, состоящая из батареи, выключателя и лампы.

Символы

Строительные блоки схематических диаграмм называются символами, которые представляют компонент или функцию, а линии между ними представляют собой электрические соединения. На схеме, показанной выше, символ рядом с BT представляет батарею, символ рядом с S представляет собой переключатель, а символ рядом с DS представляет дисплей или лампу.Любой, кто знает, как интерпретировать схему, может построить схему, которую она представляет, соединив батарею, выключатель и лампу вместе с проводом или любым другим видом проводящего материала.

Буквы BT, S и DS на схеме, показанной выше, являются метками, помогающими идентифицировать тип компонента. Эти буквы называются «обозначениями классов», однако мало кто использует этот термин, потому что после нумерации компонентов в каждом классе он становится «условным обозначением». Например, если на схему добавлено более одного резистора, они будут помечены ссылочными обозначениями R1, R2, R3 и т. д.

Каждый компонент в проекте будет иметь уникальное условное обозначение.

Для разных типов компонентов используются разные символы, но имейте в виду, что разные изображения символов могут иметь одно и то же обозначение класса. Существует множество различных типов графических символов транзисторов, но всем транзисторам обычно присваивается условное обозначение, начинающееся с буквы «Q». Есть много разных типов трансформаторов, но все они используют букву «Т». «C» для конденсаторов, «R» для резисторов, «L» для катушек индуктивности и т. д.

Символы для интегральных схем, модулей (например, блоков питания) и узлов (например, дочерних плат) обычно изображаются в виде прямоугольника с контактами, назначенными на любую или все четыре стороны прямоугольника (обычно входы слева, выходы справа). , иногда силовые соединения вверху и заземление внизу). Многие компоненты имеют так много выводов, что символ приходится делить на несколько частей. Тысячи компонентов используют этот стиль символов, и большинство интегральных схем используют обозначение класса «U».

(Для любителей мелочей происхождение условного обозначения «U» означало «Неремонтопригодный»)

Если вам нужно узнать больше, полный список символов и позиционных обозначений можно найти в публикациях IPC-2612 и IEEE STD 315  

.

Значения и атрибуты

В приведенном выше примере недостаточно информации, чтобы понять, какая схема описывается. Компоненты идентифицируются по типу символа, но нет информации о том, какими должны быть конкретные компоненты.Примите во внимание тот факт, что существует множество различных типов аккумуляторов, но ничто в схеме не говорит о том, какой аккумулятор будет лучшим. Схема, показанная в приведенном выше примере, может быть:

.
  • автомобильный аккумулятор 12 В, рычажный переключатель и налобный фонарь или
  • простой фонарик с батарейкой размера ААА или
  • лазер для уничтожения луны

Одна и та же базовая схема может относиться к разным приложениям, поэтому схема должна содержать больше информации.Символам должны быть назначены атрибуты, чтобы сузить возможные компоненты, которые можно использовать. Один и тот же символ резистора может использоваться для тысяч различных типов резисторов, поэтому, чтобы быть полезным, он должен указывать значение, выраженное в омах. Символ ома обычно не используется на схемах, потому что он доступен не во всех наборах символов, поэтому резистор с номером 100 рядом с ним будет определять «резистор на 100 Ом». Другие типы компонентов идентифицируются с другими единицами измерения. Например, значение емкости выражается в фарадах (Ф), а значение индуктивности — в Генри (Гн).

К символам можно добавить несколько дополнительных атрибутов, таких как допуск или номинальная мощность, для более точного определения типа компонента, необходимого для проекта.

В дополнение к видимым атрибутам для каждого символа программное обеспечение Altium Designer может использовать скрытые атрибуты, такие как номера деталей производителя, стоимость, данные моделирования или историю изменений.

Помимо простого документирования схемы, схемы, созданные с атрибутами, которые могут использоваться другими программными системами, становятся чрезвычайно мощными инструментами.

Международная система единиц (СИ)

Атрибуты могут иметь широкий диапазон значений, от очень маленьких до очень больших. Чтобы не заполнять диаграммы длинными повторяющимися строками нулей для таких значений, как 1 000 000 000 или 0,0000000001, мы используем Международную систему единиц для сокращения значений.

Единицы СИ

, которые вы можете увидеть на схемах:

В системе единиц СИ есть префиксы для обозначения степени 1000.

Подробнее о единицах СИ 

  • Символы пишутся строчными буквами, если их размер не превышает 1000 (кило)
  • Символы не во множественном числе.Например, 10 мкФ никогда не следует записывать как 10 мкФ
  • .
  • В соответствии с системой SI между единицами измерения и числом должен быть пробел, но многие CAD-системы не следуют стандарту, поэтому вы можете видеть оба варианта, например, 10 мкФ или 10 мкФ

Дополнительную информацию о Международной системе единиц (СИ) можно получить в Национальном институте стандартов и технологий (NIST).

Порты и порты питания

Есть еще одна категория символов, о которой вам нужно знать: символы, не имеющие позиционных обозначений.

Типы символов в Altium Designer ® , называемые портами и портами питания, представляют не компоненты, а электрические соединения. Эти типы символов могут уменьшить беспорядок, который был бы создан, если бы нужно было показать каждое соединение. Добавление всех силовых и заземляющих соединений затруднило бы интерпретацию чертежа. Вместо этого мы можем использовать символы Power Port. Все, что связано с одним и тем же символом Power Port, даже на нескольких листах, считается подключенным.

Схема ниже аналогична схеме, показанной ранее, но с большей детализацией и меньшим количеством помех:

Использование портов помогает разработчикам лучше понять схему и устраняет беспорядок.

Несколько рекомендаций по проектированию схем

Вот еще несколько «хороших практик», которые сделают ваши схемы более эффективными:

  • При создании символов размещайте булавки на сетке размером 100 мил. Это упростит соединение проводов и шин на уровне схемы.Можно использовать метрическую сетку для символов и схем, но тогда любые символы, импортированные из других источников (например, из баз данных производителей), будут иметь выводы, размещенные на сетке, несовместимой с вашей, и их придется изменить перед добавляются в библиотеку.
  • Цепи должны проходить слева направо и сверху вниз. Старайтесь, чтобы входы были слева, а выходы — справа, а источники положительного напряжения располагались вверху, а символы заземления — внизу.
  • Схемы проектирования разделов в функциональных блоках.Символы должны быть размещены на странице, чтобы помочь понять схему, а не показывать физическое расположение детали на макете платы.
  • Весь текст должен быть горизонтальным, чтобы избежать путаницы. Не допускайте наложения текста и не рисуйте линии или провода, пересекающие текст.
  • Четко нарисуйте схему и не бойтесь оставлять пустые места на листе. Не пытайтесь заполнить весь лист.
  • Первый лист должен содержать основную надпись в правом нижнем углу.Он должен отображать номер чертежа и уровень редакции, но также должен включать название и имя компании или дизайнера, создавшего его.
  • Если вы потратите время на выполнение этих рекомендаций, ваш документ станет более полезным и понятным для других, кто будет использовать вашу схему для различных целей.

Для получения дополнительной информации

Еще многое предстоит узнать о вводе схем с помощью программного обеспечения Altium.

Продолжайте следить за более подробной статьей на эту тему в блоге Altium, а пока есть несколько связанных ресурсов, которые вы можете изучить:

  • Сообщество Altium размещает несколько онлайн-видео, демонстрирующих функции схемы ЗДЕСЬ.
  • Работа со схемами в Altium Designer (презентация).
  • В системе онлайн-документации Altium есть пошаговое руководство по простому проектированию от начала до конца.

Altium Designer дает вам необходимые возможности проектирования, и вы можете узнать еще больше об использовании передового программного обеспечения для создания схем с интуитивно понятными инструментами. Хотите узнать больше о том, как Altium может помочь вам в разработке вашей следующей печатной платы? Поговорите с экспертом Altium.

Принципиальная схема литий-ионного аккумулятора.

Context 1

… Sony представила свой элемент 18650 в 1990 году 1. Были произведены литий-ионные аккумуляторы с отличными электрохимическими характеристиками, которые заняли лидирующие позиции на рынке 2 для питания портативных и непортативных устройств. 3-5 Причина такой актуальности заключается в том, что по сравнению с традиционными перезаряжаемыми батареями, такими как свинцово-кислотные и никель-кадмиевые, литий-ионные батареи имеют ряд преимуществ, таких как меньший вес, меньшие размеры и более высокая плотность энергии.1 Более того, хотя значения емкости могут быть аналогичны другим перезаряжаемым системам, напряжение примерно в три раза выше, что обеспечивает более высокую энергию. 1 Как правило, коммерческие литий-ионные аккумуляторы используют графит-литиевый композит Li C в качестве анода, оксид лития-кобальта x 6 LiCoO в качестве катода и литий-ионный проводящий 2 электролит. Когда элемент заряжен, литий извлекается из катода и вставляется в анод. При разряде ионы лития высвобождаются анодом и снова поглощаются катодом (рис. 1).Из-за важности ионно-литиевых батарей эти элементы до сих пор являются объектом интенсивных исследований для улучшения их свойств и характеристик. Поиски сосредоточены на всех аспектах этих батарей, включая улучшенные аноды, катоды 6-8, катоды 9-17 и электролиты. 18-22 Однако большая часть этих усилий сосредоточена на новых катодных материалах, поскольку наиболее используемый катодный материал (LiCoO) дорог и 2 несколько токсичен. Материал активного катода вторичной ионно-литиевой батареи представляет собой соединение-хозяин, в которое ионы лития могут быть вставлены и извлечены обратимо во время процесса циклирования.Основные требования к катодным материалам: (i) ион переходного металла в катоде из соединения для внедрения должен иметь большую работу выхода, чтобы максимизировать напряжение на элементе, (ii) соединение для внедрения должно позволять вводить/извлекать большое количество лития. чтобы максимизировать емкость ячейки, (iii) процесс внедрения/экстракции лития должен быть обратимым без изменений или с минимальными изменениями в структуре хозяина во всем диапазоне введения/экстракции лития, (iv) химическая стабильность для обеих окислительно-восстановительных форм катодной пары, (v) компаунд для вставки должен поддерживать хорошую электропроводность и проводимость Li+, чтобы свести к минимуму поляризацию ячеек, и (vi) профиль напряжения должен быть относительно непрерывным, без больших скачков напряжения, которые могут усложнить управление питанием в устройствах.Наконец, с коммерческой точки зрения, заливочный компаунд должен быть недорогим, экологически безопасным и легким, чтобы свести к минимуму вес батареи. В последние годы использование наноматериалов для литий-ионных катодов вместо обычных материалов стало очень привлекательным для улучшения характеристик литиевых перезаряжаемых батарей. Несколько групп показали, что наноразмерные материалы становятся успешными решениями для повышения скорости и циклической стабильности этих электродов.23-28 В одной статье, опубликованной в 2003 г., Буэно и Лейте 29 обсуждают влияние нанокристаллического состояния на характеристики литий-ионных аккумуляторов с концептуальной точки зрения, где обсуждаются два типа размерных эффектов: (i) тривиальный размер эффекты, которые зависят исключительно от увеличения отношения поверхности к объему и (ii) эффекты истинного размера, которые также включают изменения локальных свойств материалов. На основе этой статьи и других обзоров будут обсуждаться мотивы использования наноматериалов. Наночастицы имеют критический радиус зародышеобразования (CNR), который больше диаметра частицы.Поскольку структурные переходы в термодинамически нежелательные структуры могут происходить только в том случае, если радиус частицы больше критического радиуса зародышеобразования для этой фазы, 30 можно устранить такие переходы, используя наночастицы с CNR, превышающим радиус частицы. Таким образом, мелкие частицы легче приспосабливаются к структурным изменениям, происходящим в процессе циклирования, когда литий вводится и извлекается. В наноскопических частицах аккомодация заряда происходит в основном на поверхности или очень близко к ней, и чем меньше частицы, тем большая часть этих составляющих атомов находится на поверхности.Например, для частицы MnO размером 1 нм доля 2 ионов Mn(IV) на поверхности будет равна 0,5, а для частицы размером 10 нм — 0,05. Кроме того, для частицы размером 10 нм доля ионов Mn(IV) на расстоянии следующего ближайшего соседа от поверхности составляет 0,75. Этот факт снизит потребность в диффузии Li+ в твердой фазе, значительно увеличив скорость заряда и разряда катода. Это также уменьшит объемные изменения и напряжения в решетке, вызванные повторным внедрением и вытеснением Li +.31,32 Расстояния диффузии Li + будут значительно уменьшены, а диффузия Li + внутри частицы компенсирует сокращение неповерхностных катионных центров. Например, для частицы размером 10 нм и объемного коэффициента диффузии Li + в типичных материалах для вставки примерно 10 -10 см 2 с -1 , 33 время, необходимое Li + для диффузии на расстояние, равное радиусу частицы, составляет 2,5 × 10 -3 с. Таким образом, диффузия Li + внутри частицы для компенсации восстановления неповерхностных центров Mn не является значительным кинетическим барьером во время циклирования.При высокой скорости разряда высокая плотность потока введения ионов Li + и медленный транспорт Li + приводят к концентрационной поляризации ионов лития в материале электрода. Это вызывает падение напряжения на ячейке, что приводит к прекращению разряда до того, как будет использована максимальная емкость электродных материалов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.