http___blog.vikiwat.com_tag_batteries__1.xml
http___blog.vikiwat.com_rechargeable-batteries__1.xml
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 35.2 35.3 36.1 36.2 36.3 36.4 36.5 36.6 36.7 36.8 36.9 36.10 36.11 36.12 36.13 36.14 36.15 36.16 36.17 36.18 36.19 36.20 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 37.6 38.1 38.2 38.3
Акумулаторите са устройства, в които електрическата енергия се преобразува в химическа и обратно за разлика от обикновените батерии, при които след разреждане не могат да бъдат заредени отново. Когато включим полюсите на акумулатора към източник на постоянен ток започва неговото зареждане. Акумулира се химична енергия. При експлоатация на акумулатора химичната енергия се превръща в електрическа посредством токообразуващи процеси и акумулатора се разрежда, т.е. работи като галваничен елемент. След това може да бъде зареден отново. Всеки акумулатор се състои от положителни и отрицателни плочи поместени в съд, в който е налят електролит. Акумулатора работи като химически източник на ток с обратимо многоразово действие. Максимално възможният полезен заряд на акумулатора се нарича негов заряден капацитет или просто капацитет. В международната система за означения на електрическите величини капацитета на акумулаторите се измерва в кулони С, но в ежедневието популярност е намерила извънсистемната единица амперчас. Връзката между двете е 1 С = 1/3600 амперчаса или 1Ah=3600C. Независимо, че по определение акумулатора е многократно зареждаща и разреждаща се батерия с течение на времето неговият ток и напрежение постепенно падат с изчерпване на химическата енергия, производима от неговите клетки, защото знаем, че акумулаторите са вторични източници на електричество. В края на своя експлоатационен живот акумулатора просто спира да действа. При зареждане трябва да се отчитат няколко фактора. Най разпространеното правило е, че зарядният ток трябва да е една десета от капацитета на акумулатора в амперчаса. Пример: ако акумулатора е 62Ah, а тока на зарядното е 1А, времето за пълно зареждане е 62 часа. Вторият фактор е, че не трябва зарядният ток да е по-голям от 6.2А за случая от примера. Напрежението на зареждане трябва да е по-голямо с няколко волта от номиналното напрежение на акумулатора в покой. Ако е с малко по-голямо, зареждането ще протича по-бавно, но насищането на клетките ще е по-пълно. Вредно е за акумулатора както презареждането така и недозареждането. Няма да се спирам подробно на всички подробности, защото има страшно много неща писани по темата. Основни параметри на акумулаторите са ЕДН (електродвижещо напрежение), капацитет, КПД, дълготрайност, време на саморазреждане, вътрешно съпротивление, напрежение на клемите, тегло и размери. Видове акумулатори Основни видове Оловни (киселинни) акумулатори. Алкални акумулатори -желязно-никелови акумулатори -кадмиево-никелови -сребърно-цинкови -никел-метал-хидрат -литиево-йонни -литиево-полимерни -никел-цинкови Допълнителни видове На основа – литий (освен основните): - литиево-хлорен - литиево-серен - литий-желязо-фосфатен - литий-желязо-сулфиден На основа – никел (освен основните): - никел-цинков - натрий-никел-хлориден - никел-кадмиев - никел-солев - никел-метал-хидридни - никел-водороден На основата на олово (освен основния): - олово-водороден На основата на цинк: - цинк-бромен - цинк-въздушен - цинк-хлорен На основата на сребро: - сребърно-кадмиев - сребърно-цинков и т.н. Всеки от видовете акумулатори има своите предимства и недостатъци. Ще се спрем на най-разпространените видове акумулатори: оловно-киселинен и алкален. Оловно-киселинните акумулатори се състоят от положителни и отрицателни оловни плочи с примес от антимон, разположени в подходящ съд запълнен с електролит, в чиито състав влиза, разредена с дестилирана вода, сярна киселина. В плочите са оформени килийки, запълнени с оловна паста, която при отрицателните е оловен окис, а при положителните е миний. След запълването на килийките, всяка плоча търпи допълнителна обработка превръщаща я в монолитно цяло. Можете да различите положителната от отрицателната плоча на оловно-киселинният акумулатор по техния цвят: положителната е тъмнокафява, отрицателната – сива. За намаляване на габаритите на акумулатора, както и съпротивлението, плочите се поставят много близо една до друга, което може да доведе до къси съединения. За да се избегне този проблем се поставят изолационни сепаратори с пореста структура, киселинно и температуроустойчиви. Електролитът се произвежда от химически (а не технически) чиста концентрирана сярна киселина (92-94%), която бавно се излива в дестилирана вода (а не обратно) при постоянно разбъркване на разтвора. При заливането на плочите, електролита трябва да е залял напълно всички плочи най-малко с 10 mm над най-високата им точка. Корпуса на акумулатора се изработва от рубелит, децилит, миполан и др. Процесите протичащи при работа (разреждане) на акумулаторите са следните: електролита се разпада на йони – Н2 и SO4, като Н2 отива на положителната плоча и образува оловен сулфат, SO4 отива на отрицателната плоча и също образува оловен сулфат, а електролита се разрежда и се образува вода. При зареждане имаме следните процеси: SO4 отива към положителната плоча свързва се с водорода от водата и се образува сярна киселина. Положителната плоча отново е от оловен двуокис. Съответно Н2 тръгва към отрицателната плоча съединява се с SO4 и образува сярна киселина, активната маса на плочата е отново чисто Pb. Гъстотата на електролита нараства. Всеки акумулатор оставен без включен към изводите му товар се саморазрежда с течение на времето поради следните причини: възникването на вътрешни паразитни токове между плочите от разликата в гъстотата на електролита в горната и долната част на акумулатора получено от утаяване; наличие на метални и други примеси в електролита и плочите; при повишена температура се увеличава саморазреждането. Друг проблем при оловните акумулатори е възникването на сулфатизация. Процесът започва при експлоатацията на акумулатора. Активната част на плочите чрез химична реакция, произвеждаща електроенергия, се преобразува в оловен сулфат във вид на малки кристали. При повторно зареждане, този сулфат лесно се разлага, но ако не последва зареждане, или зареждането е непълно, кристалите на сулфата наедряват и полепват по плочите. Сулфатизиралите плочи имат по-високо съпротивление, по-бързо се разреждат, капацитета им се понижава и напрежението на полюсите им намалява. Алкалните акумулатори имат определени предимства пред оловните и те са: електролита е химически неутрален към материала, от който са направени плочите, поради което саморазреждането е значително по-малко; не са чувствителни към претоварвания, къси съединения, повишаване на работната температура; отделяните газове са значително по-малко вредни, отколкото при оловните акумулатори; по-малко дефицитни материали се влагат за тяхното изработване. Имат и някои недостатъци като: по-малък капацитет; по-малко вътрешно съпротивление и др. Наричат се алкални, защото електролитът им има алкален характер. Той е 21% разтвор на калиева основа с дестилирана вода, като към разтвора се добавя около 20g/l литиева основа . Активната маса е в железни перфорирани пакети изолирани помежду им от никелови пластини. Алкалните акумулатори при правилна експлоатация имат много дълъг живот (десетилетия). Най-новото приложение на акумулаторните батерии е в електрическите коли, където поради нарастващата конкуренция в тази област, качествата на батериите им се подобряват непрекъснато, като основният показател е пробег на автомобила с едно зареждане, брой зареждания, както и бързина на зареждането. Друга област на приложение на акумулаторите е за съхранение на произведена от соларни панели, енергия, която да се използва по-късно, както и при локално парно, за осигуряване на безаварийна работа на системата при внезапно отпадане на захранването. Приложението на акумулаторите в бъдеще ще нараства с навлизане на възстановяемите източници на енергия в ежедневието и изчерпване на фосилните източници на енергия.
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 33.2 33.3 34.1 34.2 34.3 34.4 34.5 34.6 34.7 34.8 34.9 34.10 35.1 35.2 35.3 35.4 35.5 35.6 35.7 36.1 36.2 36.3 36.4 36.5 36.6 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 37.6 38.1 38.2 38.3 38.4
Rechargeable batteries are devices in which electrical energy is converted into chemical and vice versa, unlike standard batteries that can not be recharged after they have been used up. When the battery terminals are connected to a DC power source, it begins to charge. Chemical energy is accumulated. During the battery’s operation, the chemical energy is converted into electrical by means of power-generating processes and the battery discharges, i.e. works as a galvanic element. It may then be charged again. Each battery consists of positive and negative plates placed in a container, where there is electrolyte. The battery works as a chemical current source with a reversible multiple operation. The highest possible effective battery charge is called its charging capacity or just capacity. In the international system for indicating electrical quantities the battery capacity is measured in coulombs C but in everyday life more popular is the informal unit ampere-hour – Ah. The relation between the two units is 1 C = 1/3600 ampere-hours or 1Ah = 3600C. Although by definition the rechargeable battery can be repeatedly charged and discharged, its current and voltage fall over time, when the chemical energy generated by the battery’s cells is depleted, because we know that batteries are secondary sources of electricity. At the end of its useful life the battery simply stops working. When charging the battery we need to take into account several factors. The most common rule is that the charging current must be one-tenth of the battery capacity in ampere-hours. Example: If the battery is 62Ah, and the current of the charger is 1A, the full charge time is 62 hours. The second factor is that the charging current must not be greater than 6.2A for the case of this example. The charging voltage must be several volts higher than the rated voltage of the battery at rest. If it is slightly higher, the charging will proceed more slowly, but the saturation of the cells will be more complete. Both overcharging and incomplete charging are not good for the battery. We will not discuss all the details because there are a lot of things written on the topic. Basic parameters of the batteries are EMF (electromotive force), capacity, efficiency, durability, time of self-discharge, internal resistance, voltage of the terminals, weight and sizes. Types of rechargeable batteries Main types: Lead-acid batteries Alkaline batteries - iron-nickel batteries; - cadmium – nickel; - silver-zinc; nickel-metal-hydride; lithium-ion; lithium-polymer; nickel-zinc; Additional types: Based on lithium (except for the basic type): - lithium- chlorine ; - lithium- sulfur; - lithium-iron-phosphate; - lithium-iron-sulfide Based on nickel (except for the basic type): - nickel – zinc ; - sodium – nickel – chloride; - nickel- cadmium ; - nickel-salt ; - nickel -metal hydride ; - nickel – hydrogen Based on lead (except for the basic type): - lead – hydrogen Based on zinc: - zinc – bromine; - zinc-air; - zinc – chlorine Based on silver: silver- cadmium; silver- zinc, etc. Each type of battery has its advantages and disadvantages. We will discuss the most common types of rechargeable batteries: lead- acid and alkaline. Lead-acid batteries consist of positive and negative lead plates containing antimony, placed in a suitable container, filled with electrolyte. The electrolyte contains sulfuric acid diluted with distilled water. In the plates there are cells filled with lead paste. It is lead oxide in the negative plates and minium in the positive plates. After the cells are filled, each plate undergoes further processing to convert it into a monolithic entity. You can distinguish the positive from the negative plate by their color: the positive plate is brown, the negative – gray. To reduce the size of the battery as well as its resistance, the plates are placed very close to each other, which may lead to short circuits. To avoid this problem we need to place acid and heat-resistant insulating separators, having a porous structure. The electrolyte is produced by chemically (not technically) pure concentrated sulfuric acid (92-94 %), which is slowly poured into distilled water (not vice versa) while constantly stirring the solution. The electrolyte must be poured on the plates and reach at least 10 mm above their highest point. The casing of the rechargeable battery is made of rubellite , decillite, mipolam, etc. During the operation (discharging) of batteries the following processes occur: the electrolyte breaks down into ions – H2and SO4. H2 goes to the positive plate to form lead sulfate and SO4 goes to the negative plate and also forms lead sulfate, and the electrolyte is diluted and forms water. During charging, the following processes occur in the battery: SO4 goes to the positive plate, combines with the hydrogen from the water and forms sulfuric acid. The positive plate is of lead dioxide, too. Accordingly, H2 goes to the negative plate, combines with SO4 to form sulfuric acid, the active mass of the plate is again pure Pb. The density of the electrolyte increases. Each battery, left without a load connected to its terminals, self-discharges over time for the following reasons: the emergence of internal parasitic currents between the plates coming from the difference in density of the electrolyte at the top and the bottom of the battery, derived from precipitation; the presence of metallic and other impurities in the electrolyte and plates; self-discharge increases at higher temperature. Another problem with lead batteries is the emergence of sulfatization. The process begins during the battery’s operation. Through a chemical reaction producing electricity, the active part of the plates is converted into lead sulfate in the form of small crystals. When recharging, this sulfate is easily broken down, but if no charging follows or charging is incomplete, the crystals of the sulfate become larger and adhere to the plates. Sulfated plates have higher resistance, they are more quickly discharged, their capacity is reduced and the voltage of their poles is reduced. Alkaline batteries have certain advantages over lead batteries and they are: the electrolyte is chemically inert to the material of which the plates are made, therefore the self-discharge is considerably less; they are not sensitive to overloads, short circuits, higher operating temperature; the off-gases are considerably less harmful than in lead-acid batteries; they are produced of less scarce materials. Alkaline batteries have some disadvantages such as: less capacity; less internal resistance, etc. They are called alkaline because their electrolyte is alkaline. It is a 21% solution of potassium hydroxide in distilled water, plus about 20g/l LiOH. The active mass is placed in perforated iron packs, each of them insulated with nickel plates. When properly used, alkaline batteries have very long life (decades). The latest use of accumulator batteries is in electric cars, where due to the growing competition in this field, the quality of the batteries is constantly improved, the main indicator being the mileage of the car per one charging, the number of charge cycles as well as the charging speed. Rechargeable batteries are also used to store the energy produced by solar panels, so that it can be used later. They are also used in central heating to ensure the safe operation of the system in case of a sudden power failure. The application of these batteries in the future will further increase with the growing use of renewable energy sources in everyday life and the scarcity of fossil energy sources.