Рубрики
Разное

Аккумулятор как устроен: Как работает автоаккумулятор, авто

Содержание

принцип работы, из чего состоит, назначение и схема акб


Автор Aluarius На чтение 10 мин. Просмотров 15.6k. Опубликовано

Содержание

  • 1 Что такое аккумулятор
  • 2 Устройство и принцип работы аккумулятора
    • 2.1 Схема строения
  • 3 Виды аккумуляторов
    • 3.1 Классификация акб по составу активного вещества
    • 3.2 Классификация батарей по типу электролита
  • 4 Основные технические характеристики аккумуляторов
    • 4.1 Номинальная емкость аккумулятора
    • 4.2 Пусковой ток
    • 4.3 Полярность
    • 4.4 Исполнение корпуса
    • 4.5 Тип и размер клемм
    • 4.6 Тип крепления
  • 5 Назначение аккумуляторных батарей
    • 5.1 В каких сферах используется

Принципиально устройство аккумулятора больше чем за 150 лет с момента его изобретения не изменилось, хотя современность внесла серьёзные новшества в технологические процессы их изготовления и используемые материалы, из чего состоит аккумулятор.

Автономный источник энергии

 

Что такое аккумулятор

Аккумулятор – автономный источник электричества, который накапливает, сохраняет и отдает энергию. Аккумуляторная батарея – важный элемент электрооборудования транспортного средства. Назначение акб определяется в запуске двигателя и обеспечении подачи электричества в бортовую сеть. Все электроприборы, когда выключен мотор, и не работает генератор, работают от батареи. Накопитель помогает в пробке, когда энергии генератора не хватает.

 

Устройство и принцип работы аккумулятора

Для того, чтобы разобраться, как работает аккумулятор, необходимо знать устройство акб, что внутри аккумулятора обеспечивает работу прибора. Основной принцип работы аккумулятора заключается в разности потенциалов при погружении двух пластин в электролит. В 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, каждый из которых вырабатывает 2 вольта. Все они объединены совместным корпусом, который образует единое целое конструкции.

Аккумулятор в разрезе

При работе этой конструкции, пластинки из-за действия серной кислоты выделяют сульфат свинца, в результате чего образуется электрический ток. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным. Принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, который позволяет полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора зависит от качества используемых материалов, из чего состоит акб.

 

Схема строения

 

Схема строения

Виды аккумуляторов

Классификация акб по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Возникала необходимость по улучшению качества работы акб. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, потому что в них уже намного реже требовался долив воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт требовали постоянного долива, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов использовать герметичный, неразборной корпус.

  • Сурьмянистые батареи относятся к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
  • В малосурьмянистых акб материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
  • При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
  • Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
  • EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая из пластин закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
  • В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Такая технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.
  • В литиевых акб используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
  • Отличительной особенностью AGM является то, что в электролит с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
  • Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными, щелочными. Щелочные растворы используются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости представляют собой сильные основания, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Такие составы можно приобрести в специализированных магазинах или же приготовить самостоятельно в домашних условиях. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке также возможно довольно точно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности смешать кислоту с дистиллированной водой.

Важно! вода при минусовых температурах превращается в лед. Всегда при морозе нужно применять меры, необходимые для предотвращения замерзания аккумулятора.

 

Основные технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Важно! Емкость не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке, ведь именно по этому критерию большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Величину, характеризующую параметр тока, протекающего в стартере автомобиля в момент пуска силового узла, принято считать пусковым током. Пусковой ток или стартерный возникает в момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Он же ток холодной прокрутки является показателем, как аккумулятор поведет себя в морозную погоду и сможет запустить двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Полюса всего два – положительный и отрицательный, вариантов расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Чтобы ее определить, нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что акб с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Прямая, обратная полярность

Исполнение корпуса

Корпус большинства аккумуляторов состоит из ударопрочного полипропилена, который характеризуется как материал легкий, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен довольно стоек к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Традиционно появились американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты. Например, у батарей емкостью 60 Ач общая высота от 17,5 до 19 сантиметров. У азиатских этот показатель немного выше, до 22 сантиметров за счет верхнего расположения электродов. Именно поэтому важно корректно анализировать возможности посадочного места под капотом, чтобы надежно закрепить АКБ прижимной планкой и избежать замыкания при случайном касании токоотводами металлических частей кузова.

У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы дополнительно защищены от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке, верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора. Какую клемму снимать с аккумулятора первой читайте здесь. 

Важно! При приобретении акб нужно знать, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу. На азиатских корпусах могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Российский стандарт акб

ОбозначениеОписание букв
ААКБ имеет общую крышку для всего корпуса
ЗКорпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
ЭКорпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
ТКорпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
МВ корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
ПВ конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты

 

Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты

Тип и размер клемм

Распространены аккумуляторы с клеммами трех разных стандартов: тип Euro – Type 1, и Asia –Type 3, «под болт» – американский стандарт. В типе Euro плюсовая клемма имеет диаметр 19,5 мм, минусовая клемма – 17,9 мм. В типе Asia клемма плюс имеет диаметр 12,7 мм, клемма минусовая – 11,1 мм. Клеммы «под болт» находятся на боковой стенке аккумулятора и сверху. Болт, соединённый с проводом, продевается в отверстие клеммы и фиксируется гайкой.

Американский стандарт

Тип крепления

При выборе акб особое внимание следует обращать на тип крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. Вверху крепится элемент с помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор. Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.

Тип крепления встречается на «азиатах»

 

Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса акб находится выступ, за который аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.

Нижнее крепление

Назначение аккумуляторных батарей

Автомобильная аккумуляторная батарея выступает как источником электрического тока, необходимого для пуска двигателя, так и резервным источником питания, в случае, если энергии, вырабатываемой генератором, оказывается мало для электроснабжения авто. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, так как она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки.

Важно! Перед проверкой системы электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и готова к эксплуатации.

В каких сферах используется

Аккумуляторные батареи используются как дополнительный или основной источник питания. Надежность, простота в использовании позволяет применять батареи в различных областях:

  • автомобильная промышленность;
  • освещение в аварийном состоянии;
  • переносное электрооборудование;
  • медицинское оборудование;
  • игрушки;
  • сигнализация в разных сферах применения;
  • телекоммуникационное оборудование.

 

Применение батареи в игрушках

Роль акб в работе приборов не оспорима. Применение источника энергии практически во всех отраслях доказывает значимость и необходимость знаний о внутреннем содержимом батарей. С использованием в автомобилях широкого разнообразия электроприборов, кондиционеров, мультимедийных центров, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка энергией поступает от АКБ, который кроме этого выполняет основную функцию, обеспечивает электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор, чтобы выявить сбои в работе источника энергии, назначение аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю. О способах и рекомендациях как проверить аккумулятор читай тут.

Как устроен литий-ионный аккумулятор? | Вольтмаркет

Автор:
Сергей Куртов

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 18-02-2022

Рейтинг статьи: (3)

Содержание

Представление о современном мире было бы абсолютно другим, если бы не существовало литиевых аккумуляторных батарей. Литий-ионные аккумуляторы стали частью технологической революции, результаты которой мы постоянно наблюдаем вокруг себя (смартфоны, планшеты, ноутбуки и с недавних пор электротранспорт).

Несмотря на существование более продвинутых источников питания, например литий-титанатных ячеек (LTO), именно Li-Ion стали по-настоящему массовыми. Это связано с компактными размерами источника питания, невысокой ценой производства и оптимальным ресурсом работы. Под оптимальным ресурсом понимается далеко не самый длительный срок службы, а наоборот: литиевый аккумулятор зачастую соответствует жизненному циклу техники.

В связи с распространенностью элементов Li-Ion, полезно знать, как устроен литий-ионный аккумулятор, как правильно его эксплуатировать и в каких случаях он представляет опасность.

Как работает литий-ионный аккумулятор

В общих чертах строение литиевой батареи похоже на старые добрые свинцово-кислотные АКБ: здесь тоже есть анод, катод и электролит. Активными веществами здесь выступают графит (минус) и оксид лития (плюс). Конечно, анод и катод не состоят исключительно из перечисленных выше веществ. Данные вещества наносятся тонким слоем на медную и алюминиевую фольгу соответственно. Между листами фольги располагается разделитель, пропитанный электролитом.

В итоге получается эдакий пласт из тонких листов фольги, который и представляет собой литий-ионный аккумулятор. Далее этот пласт скручивается в трубочку — и получается стандартный цилиндрический элемент 18650 и других типоразмеров.

А каким образом описанная выше структура вообще способна накапливать и отдавать электроэнергию? Тут все тоже довольно-таки интересно. Электрический ток — это движение заряженных частиц. Именно это движение нам требуется обеспечить. Цикл работы литий-ионного аккумулятора можно представить следующим образом:

  • Процесс заряда. При подключении внешнего источника питания от стабильного оксида лития на алюминиевой пластине отделяются крайне нестабильные атомы лития. На внешней орбите атома имеется электрон, который стремится отделиться. Это мгновенно и происходит с атомом лития. Отделившийся электрон не может пройти через слой разделителя — тот пропускает только положительные ионы. Поэтому электрон минует разделитель через внешнюю цепь (зарядное устройство), попадая на медную пластину. После этого оставшиеся на “минусе” положительные ионы лития тоже начинают “притягиваться” положительным полюсом. Они беспрепятственно преодолевают разделитель. В итоге мы имеем положительный полюс, состоящий из слоев графита, которые захватили электроны лития и его ионы. В таком состоянии Li-Ion аккумулятор считается заряженным.
  • Процесс разряда. Пока к аккумулятору не подключается внешняя цепь в виде нагрузки, ионы и электроны лития остаются в слоях графита. Но стоит подключить к АКБ потребителя, как начнется активное движение. Ионы “поспешат” вернуться на свое место, протекая через разделитель. Электроны, как и ранее, пройти его не могут и вынуждены двигаться через внешнюю цепь, которая представляет собой потребителя электроэнергии. Пусть это будет традиционная лампочка. Протекая из положительной пластины через потребителя, электроны образуют электрический ток. Достигнув пункта назначения, ионы лития и электроны снова становятся частью стабильного оксида лития.

Таким образом, основной идеей литий-ионных аккумуляторов является то, что электронам требуется внешняя цепь, чтобы перетечь вслед за положительными ионами. Именно на счет этого аккумулятор может как заряжаться, так и разряжаться — меняется лишь направление движения частиц.

Опасны ли Li-Ion аккумуляторы

Как мы теперь знаем, в работе литиевого аккумулятора замешаны нестабильные вещества, которые то и дело норовят высвободить энергию. В процессе электрохимической реакции выделяются газы, так как когда ионы лития оседают на одной пластине, на другой образуются соли кислорода. Как и в случае с необслуживаемыми свинцово-кислотными АКБ, в случае нормальной работы газовыделение полностью контролируется. Но в случае перегрева или перезаряда аккумулятор может вздуться от внутреннего давления.

Как правило, АКб мобильных гаджетов оснащены контроллером и нарушение параметров заряда практически невозможно. Но всегда есть место заводскому браку или халатности “no-name” производителей, в результате чего аккумулятор может представлять опасность. Если АКБ вздулась — незамедлительно ее утилизируйте, иначе может случиться воспламенение.

Как взрываются литий-ионные аккумуляторы? Опять же, все снова связано с нестабильностью лития. При контакте с кислородом он тут же воспламеняется. Поэтому герметичность элемента питания очень важна. Также одной из стандартных причин возгорания может стать короткое замыкание между положительной и отрицательной пластиной. Наиболее часто это происходит из-за сочетания сильной степени износа и допущения перегрева, который негативно сказывается на целостности электролита. Разделитель призван защитить пользователя от внутреннего короткого замыкания, однако вероятность этого все равно имеется.

Что же делать, если аккумулятор вот-вот загорится или уже горит? Можно ли тушить литиевую батарею водой? Выше мы уже обратили внимание, что литий активно реагирует с кислородом, который в том числе имеется в составе воды. Поливать аккумулятор не рекомендуется, так как это может спровоцировать взрыв элемента. Пользователи, имевшие дело с воспламенением литий-ионного аккумулятора, советуют дать реакции закончится естественным способом, поместив АКБ в безопасное место, например в закрытую кастрюлю. Если же аккумулятор уже горит и взять его невозможно, очаг следует накрыть чем-то негорючим. Опять же, условная кастрюля, которой можно накрыть АКБ, отлично для этого подходит: и не допустит распространение огня, и перекроет доступ кислорода.

Как работают батареи? | Ваше подробное руководство

Алессандро Вольта случайно создал первую батарею в 1800 году. Он пытался доказать коллеге-ученому, что нет необходимости использовать ткани животных для производства электрического тока. Вольта успешно выиграл свои дебаты, а затем и некоторые другие. Непредвиденное изобретение электрохимического элемента принесло Вольте много почестей. При этом он оставался очень скромным человеком.

После его смерти лицо Вольты появилось на марках, а также на банкноте в 10 000 итальянских лир, вышедшей из обращения в 2002 году. Имя Вольта живет, поскольку другие отмечают его работу, называя в его честь вольт — единицу, которую мы используем для измерения силы. электрических токов.

Но что открыл Вольта, что заставило батарею работать? В этой статье мы углубимся в ответы на часто задаваемые вопросы, в том числе: как работают батареи, из чего они сделаны, какие типы батарей существуют сегодня и какие проблемы у нас возникают с батареями?

Как работают батареи?  

Батарейки — это одна из тех вещей, которые большинство из нас считает само собой разумеющимися. Они просто обычная часть повседневной жизни, которые по большей части остаются незамеченными, пока накапливают энергию и выполняют свою магию. Подумайте о фонариках, сотовых телефонах, пультах дистанционного управления, слуховых аппаратах, автомобильных аккумуляторах и даже электромобилях.

Но вы когда-нибудь останавливались, чтобы действительно попытаться понять, как на самом деле работают эти незаменимые продукты, которые обеспечивают нас портативной, мгновенной энергией? Батареи — это автономные блоки питания, которые накапливают химическую энергию и преобразуют ее в электрическую энергию. Этот процесс известен как электрохимия. Чтобы более подробно объяснить процесс работы батарей, давайте подробно рассмотрим, из чего сделаны батареи.

Из чего сделаны батареи?  

источник

Батарея обычно состоит из группы гальванических элементов. Есть два разных типа: гальванические (также называемые гальваническими) и электролитические.

  1. Гальванические или гальванические элементы: Они получают энергию в результате спонтанных окислительно-восстановительных реакций. В этих клетках химическая энергия превращается в электрическую энергию.
  1. Электролитические элементы: Они получают энергию от внешнего источника электронов, такого как источник переменного тока (AC) или источник постоянного тока (DC). В этих клетках электрическая энергия превращается в химическую энергию.

Давайте рассмотрим пример двух типов ячеек. Когда что-то с перезаряжаемой батареей — например, ваш мобильный телефон или планшет — находится в зарядном устройстве, батарея работает как электролитическая ячейка. Однако, пока вы используете свое электронное устройство, батарея работает как гальванический элемент.

Для производства электроэнергии стандартному аккумуляторному элементу требуются следующие три элемента: 

  • Анод : это отрицательный электрод или отрицательная клемма батареи и место окисления. Это также положительный электрод в электролитической ячейке. Мы обычно используем такие металлы, как литий и цинк, в качестве анода в виде пасты, находящейся внутри детали, называемой сепаратором. Мы используем сепаратор для предотвращения коротких замыканий, разделяя отрицательный и положительный электроды.
  • Катод : Это положительный электрод или положительная клемма аккумулятора. Это также отрицательный электрод в электролитической ячейке. Катод состоит из серебристых матовых колец из оксидов металлов, таких как графит и диоксид марганца.
  • Электролит : Это химическое вещество, разделяющее анод и катод. Это химический катализатор в виде липкой пасты или жидкости, который используется между электродами, чтобы сделать батарею проводящей. Это достигается за счет обеспечения механизма переноса ионов между анодом и катодом ячейки. Здесь химическая энергия батареи превращается в электрическую энергию. Гидроксид калия, натрий и хлорид являются основными электролитами.

Два разных металла (анод и катод) прикреплены к батарее на противоположных концах друг от друга. Это позволяет протекать химической реакции между электролитом и металлами, позволяя большему количеству электронов высвобождаться через один металл, чем через другой.

Положительный заряд возникает в металле, который получает большее количество электронов. Затем на противоположной стороне образуется отрицательный заряд. Затем, когда провод или внешняя цепь соединяет два конца батареи друг с другом, поток электронов движется по проводу, уравновешивая электрический заряд и создавая электрический ток.

Последним шагом является введение того, что мы называем электрической нагрузкой. Это все, что требует электричества для работы. Возьмем в качестве примера фонарик. Когда вы вставляете батарейки в фонарик и включаете его, вы создаете электрическую цепь. Эта схема соединяет лампочку с проводом, позволяя электрической энергии течь через провод и лампочку, когда электроны проходят через отрицательный конец батареи, через провод, лампочку и обратно к положительному концу батареи.

Являются ли батареи конденсаторами?   

источник

За прошедшие годы накопители энергии прошли долгий путь. Сегодня два основных места, где мы храним энергию, — это батареи и конденсаторы. И хотя они очень похожи, они не одинаковы. Давайте посмотрим на сходства и различия между ними.

В чем сходство между батареями и конденсаторами?  

Вот основные сходства между батареями и конденсаторами:  

  • Накопленная энергия создает электрический потенциал, известный как напряжение.
  • Электрический потенциал генерирует поток электронов, называемый электрическим током.
  • Электрический ток может создавать электрическую энергию для питания компонентов в цепи.

Инженеры будут выбирать, использовать ли батарею или конденсатор для своего продукта, исходя из конструкции схемы и ее функции. Иногда они идут с комбинацией двух. Однако это не означает, что они полностью взаимозаменяемы.

Почтовый индекс

В чем разница между батареями и конденсаторами?  

Вот основные различия между батареями и конденсаторами:  

  • При сравнении батареи и конденсатора одинакового объема батарея имеет в тысячи раз большую емкость для хранения энергии, чем конденсатор.
  • Аккумуляторы

  • надежны и обеспечивают бесперебойную подачу энергии.
  • Конденсаторы часто могут обеспечить всплески энергии быстрее, чем батареи.
  • Конденсаторы накапливают энергию электрического поля, что делает их перезаряжаемыми. Напротив, батареи хранят свою энергию в химическом поле, которое часто не может перезаряжаться.
  • Аккумуляторы имеют тенденцию терять способность удерживать заряд, чего не происходит с конденсаторами.
  • Простые конденсаторы обычно изготавливаются из нетоксичных материалов, поэтому их безопасно выбрасывать.

Генерируют ли батареи переменный ток (AC) или постоянный ток (DC)?  

Переменный ток (AC) представляет собой поток электронов, который регулярно, много раз в секунду меняет направление. Большинство наших бытовых приборов работают от сети переменного тока. Например, большинство наших микроволновых печей, кофейников, посудомоечных машин, телевизоров и даже наших систем отопления, вентиляции и кондиционирования работают на переменном токе. Однако, поскольку электроны батареи текут только в одном направлении, батареи генерируют постоянный ток (DC). Многие портативные устройства, такие как фонарики, сотовые телефоны и mp3-плееры, работают от постоянного тока, обеспечиваемого батареями.

Какие существуют типы батарей?  

источник

Не все батареи одинаковы. Различные типы батарей изготавливаются из других химических веществ и работают с различными химическими реакциями. Давайте рассмотрим семь наиболее распространенных типов батарей.

1. Щелочная батарея  

Duracell® и Energizer® — две популярные марки щелочных батарей. Это наши стандартные батареи AA, AAA, C, D и 9-вольтовые. Электроды в этих батареях — оксид марганца и цинк. Электролит представляет собой щелочную пасту из гидроксида калия или натрия.

2. Свинцово-кислотный аккумулятор  

Свинцово-кислотные аккумуляторы — это то, что мы используем для автомобильных аккумуляторов и фотогальванических солнечных энергосистем. Электроды в этих батареях — свинец и оксид свинца, а электролит — сильная кислота.

3. Литиевая батарея   

Фотокамеры с лампами-вспышками используют литиевые батареи, но в остальном большинство литиевых батарей, с которыми вы сталкиваетесь, имеют форму монеты или кнопки для таких вещей, как часы и другие небольшие устройства с низким энергопотреблением. Хотя они не дают большой мощности, вы можете сложить литиевые батареи, чтобы получить более высокое напряжение. Все литиевые батареи используют металлический литий в качестве анода и не подлежат перезарядке. По этой причине их также называют первичными литий-металлическими батареями. Катод может быть разным, но в наиболее распространенных литий-металлических батареях обычно используется диоксид марганца.

4. Литий-ионный аккумулятор

Мобильные телефоны и другое портативное электронное оборудование обычно питаются от перезаряжаемого литий-ионного аккумулятора. Кроме того, литий-ионные батареи стали популярными для использования в электромобилях и крупных интеллектуальных сетях. В качестве анода в литий-ионных батареях используются литий-углеродные соединения. В качестве катода используются оксиды лития-металла.

5. Никель-кадмиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы  

Мы находим никель-кадмиевые аккумуляторы в электроинструментах, а также во многих небольших бытовых приборах. Электроды в этих батареях — гидроксид никеля и кадмия, а электролит — гидроксид калия.

6. Никель-металлогидридная (NIMH) батарея  

Никель-металлогидридные батареи также являются перезаряжаемыми батареями и используются в устройствах с высоким коэффициентом разрядки, таких как цифровые камеры и игровые контроллеры. В этих батареях используются положительные электроды из оксигидроксида никеля, а в отрицательных электродах используется сплав, поглощающий водород.

7. Сухая угольно-цинковая батарея или стандартная угольная батарея  

Если вы покупаете продукт, в который включены батарейки, велика вероятность, что в нем есть угольно-цинковые батареи из-за их низкой стоимости. Как правило, в электродах используется металлический цинк и углеродный стержень, окруженный диоксидом марганца. Электролит изготовлен из пасты хлорида аммония.

Какие проблемы с батареями?

источник

Нет идеальных продуктов. Всегда будет случайный бракованный кусок. Тем не менее, некоторые продукты имеют больше проблем, чем другие. Вот некоторые из основных проблем, с которыми обычно сталкиваются потребители при использовании аккумуляторов:  

  • Батареи могут загореться или даже взорваться : Хотя это случается нечасто, если батарея неисправна и ее электроды соприкасаются друг с другом, батарея может произойти короткое замыкание, что приведет к сильному нагреву, возгоранию или взрыву.
  • Аккумуляторы нельзя мочить : После того, как вода попала в аккумулятор, удалить ее практически невозможно, так как предохранительный клапан предотвращает утечку жидкости из аккумуляторов. Вода в аккумуляторе может привести к его неисправности. Быстро и правильно утилизируйте намокшие батареи.
  • Батареи могут замерзнуть : На улице должно быть чертовски холодно, но если вы живете в районе с суровыми и холодными зимами, будьте осторожны. Батарея может замерзнуть примерно на 10 градусов ниже Фаренгейта, если она заряжена только наполовину.
  • Аккумуляторы вредны для окружающей среды : Аккумуляторы, которые не утилизируются должным образом, могут в конечном итоге накапливаться и коррозировать, что позволяет их химическим веществам загрязнять нашу землю и воду. Эти химические вещества аккумуляторов не только вредны для наших экосистем, но и попадают в нашу питьевую воду и воздух, которым мы дышим. Не говоря уже о том, что литиевые батареи потенциально могут вызывать пожары на свалках и способствовать глобальному потеплению. Хорошей новостью является то, что батареи подлежат вторичной переработке. И это очень просто. У Energizer® есть сайт, который поможет вам найти места рядом с вами для переработки батарей. Вы также можете попробовать один из этих веб-сайтов: 
  • https://earth911.com
  • https://www.call2recycle.org  

Какие типы батарей вы используете?  

Теперь, когда мы ответили на важный вопрос «как работают батареи», пришло время немного поразвлечься с вашими новыми знаниями. Попробуйте прогуляться по дому и посмотреть, сколько различных типов батарей вы используете. Затем, чтобы получить больше полезной информации о часто используемых бытовых товарах, ознакомьтесь с нашей статьей о лампочках, чтобы узнать, как вы можете сэкономить большие деньги.

Предоставлено вам justenergy.com

Все изображения предоставлены по лицензии Adobe Stock.
Избранное изображение:

Как работает батарея: инженерное мышление

Батареи, мы используем их каждый день по всему миру, но как они работают? Об этом мы расскажем в этой статье, спонсируемой Squarespace. Перейдите на сайт sqarespace.com, чтобы начать бесплатную пробную версию, или используйте инженерное мышление, чтобы сэкономить 10 % на веб-сайтах и ​​доменах.

Аккумуляторы

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть видео на YouTube.

Что такое аккумулятор?

Аккумулятор — это устройство, используемое для хранения энергии, когда она нам нужна. Мы используем их для питания небольших электрических устройств, таких как фонарики. Энергия хранится в виде химической энергии, и ее можно превратить в электрическую энергию, когда она нам понадобится. Мы увидим, как это работает чуть позже в статье.

Цепь батареи и лампы

Если мы посмотрим на простую цепь батареи и лампы. Чтобы зажечь лампу, нам нужно, чтобы через нее протекали электроны. Батарея будет обеспечивать толкающую силу, позволяющую электронам течь через лампу. Нам просто нужно подключить лампу к положительной и отрицательной клеммам батареи, чтобы замкнуть цепь. Батарея может выталкивать электроны только в течение определенного периода времени, это время зависит от того, сколько энергии хранится внутри батареи и сколько требуется нагрузке.

Примеры нагрузки

Когда мы говорим о нагрузке в электрической цепи, мы имеем в виду любые компоненты, для работы которых требуется электричество, например резисторы, светодиоды, двигатели постоянного тока или даже целые печатные платы. Некоторые батареи можно перезаряжать, и это будет четко указано сбоку, но типичная бытовая щелочная батарея не может, поэтому ее просто утилизируют, когда в ней заканчивается энергия. Они могут быть переработаны, поэтому убедитесь, что вы утилизируете их ответственно.

Между прочим, если вы хотите узнать, как работает двигатель постоянного тока, мы уже подробно рассказывали об этом ранее — посмотрите ЗДЕСЬ.

Что внутри батареи?

Типичная щелочная батарея на 1,5 В выглядит примерно так, но цвета зависят от производителя. Когда мы смотрим на батарею, у нас обычно есть пластиковая обертка, плотно прикрепленная к внешней стороне, она изолирует батарею, но также сообщает нам важную информацию, такую ​​как емкость и напряжение, а также то, какой конец является положительным, а какой отрицательным.

Щелочная батарея

Положительный конец известен как катод и имеет расширенную поверхность, выступающую наружу.

Положительный конец

Отрицательный конец будет плоским, отрицательный конец известен как анод. Эти две клеммы электрически изолированы друг от друга.

Negative End

Под оберткой находится основной кожух, который обычно изготавливается из стали с никелированием. Это удерживает все внутренние компоненты на месте и предотвращает их взаимодействие с элементами атмосферы, такими как воздух и вода.

Under Wrapper

Внутри корпуса у нас есть несколько слоев различных материалов, эти материалы специально отобраны, потому что их химические реакции создают определенные уровни напряжения и тока. Первый слой — это катод, представляющий собой смесь оксида марганца (MnO2) и графита. Этот материал находится в контакте с металлом положительной клеммы. Графит добавляется для улучшения проводимости смеси и увеличения плотности энергии.

Первый слой

Затем мы находим слой пористого материала, обычно волокнистой бумаги, который образует барьер. Барьер предотвращает прямой контакт материалов анода и катода друг с другом, что помогает батарее дольше работать, когда она не используется. Если бы барьера не было, то произошло бы короткое замыкание батареи. Микроскопические отверстия внутри материала позволяют атомам ионов проходить сквозь него. Мы рассмотрим это более подробно позже в этой статье.

Барьер

Жидкий электролит из гидроксида калия затем распыляется на сепаратор во время производственного процесса, который пропитывает его и впитывается в материал анода. Используемый электролит является щелочным, поэтому мы называем этот тип батареи щелочной батареей.

Electrolyte Liquid Spray

На другой стороне барьера у нас есть анод, который представляет собой пасту, изготовленную из порошка цинка (Zn), а также гелеобразователя. Желирующий агент просто удерживает цинк во взвешенном состоянии, поэтому он не скапливается в одном месте. Цинк находится в форме порошка для увеличения площади поверхности материала, что снижает внутреннее сопротивление и, таким образом, улучшает перенос электронов.

Внутренняя батарея

Стальная капсула закрыта нейлоновой пластиковой крышкой. Затем в цинк вставляется латунный штифт, на который надевается стальной колпачок. Это дает нам отрицательную клемму. Обратите внимание, что положительные и отрицательные клеммы разделены пластиковой крышкой. Это гарантирует, что они электрически изолированы друг от друга, в противном случае электроны могут пройти через корпус и достичь положительной клеммы, что приведет к короткому замыканию батареи.

Разделение положительного и отрицательного

Основы электричества

Нам нужно понять некоторые основы того, как работает электричество, прежде чем мы сможем понять аккумулятор.

Во-первых, электричество — это поток электронов в цепи. Батареи могут обеспечить толкающую силу, которая перемещает электроны по цепи. Электроны хотят вернуться к своему источнику, и они немедленно пойдут по любому пути, чтобы достичь этого. Помещая такие вещи, как лампы, на пути электронов, мы можем заставить их выполнять работу за нас, например, освещать лампу.

Основы электричества

Батареи производят электричество постоянного или постоянного тока. Это означает, что электроны текут только в одном направлении от отрицательного к положительному. Осциллограф покажет постоянный ток в виде плоской линии в положительной области. Вы можете думать об электричестве постоянного тока как о реке, которая течет только в одном направлении.

Постоянный ток

В этих анимациях мы показываем поток электронов, который идет от отрицательного к положительному, но вы, возможно, привыкли видеть обычный ток, который идет от положительного к отрицательному. Электронный поток — это то, что происходит на самом деле, но обычный ток был исходной теорией, которая до сих пор широко используется и преподается по сей день. Просто знайте о двух и о том, какой из них мы используем.

Переменный ток

Электричество, которое вы получаете от электрических розеток в своих домах, представляет собой электричество переменного или переменного тока, это отличается от электричества, обеспечиваемого аккумулятором. При переменном токе электроны непрерывно текут вперед и назад, подобно морскому приливу, который течет между приливом и отливом. Осциллограф покажет переменный ток как волну, проходящую как через положительную, так и через отрицательную области, потому что она течет вперед, это положительно, и назад, это отрицательно.

Переменный ток

Если мы посмотрим на отрезок медного провода, внутри него мы обнаружим атомы меди. В центре атома у нас есть протоны и нейтроны, протоны заряжены положительно, а нейтроны считаются нейтральными, поэтому они не имеют заряда. Вокруг них вращаются электроны, электроны заряжены отрицательно.

Медная проволока

Некоторые из этих электронов могут свободно перемещаться к другим атомам. Они будут естественным образом перемещаться между другими атомами, но в случайных направлениях, что для нас бесполезно. Нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении, и мы можем сделать это, обеспечив разность напряжений от источника питания, такого как батарея.

Когда мы говорим об атомах, вы часто будете слышать термин «ион». Ион — это просто атом, который имеет неравное количество электронов или протонов. Атом имеет нейтральный заряд, когда в нем одинаковое количество протонов и электронов, потому что протоны заряжены положительно, а электроны отрицательно заряжены, поэтому они уравновешиваются. Если в атоме больше электронов, чем протонов, то это отрицательный ион. Если в атоме больше протонов, чем электронов, то это положительный ион.

Ион

Напряжение похоже на давление в резервуаре с водой. Чтобы узнать, какое у нас давление, мы должны сравнить давление внутри трубы с давлением снаружи, и для этого мы используем манометр. Когда дело доходит до напряжения, мы используем вольтметр для измерения разницы напряжения между двумя разными точками. Если мы измерим разницу между батареями, мы получим 1,5 В, но если мы измерим тот же конец, мы получим 0 В, потому что это тот же конец, поэтому разницы нет.

Напряжение подобно давлению

Некоторые материалы позволяют электронам легко проходить через них, они известны как проводники. Примерами этого являются медь и большинство металлов. Другие материалы не пропускают электроны, они известны как изоляторы. Примерами этого являются резина и большинство пластмасс. Поэтому мы используем медные провода с резиновой изоляцией. Медь переносит электричество туда, где оно нам нужно, а резина защищает нас.

Смешивая определенные материалы, мы можем вызывать химические реакции. Это когда атомы одного материала взаимодействуют с атомами другого материала и во время этого взаимодействия атомы будут связываться или распадаться, электроны также могут быть захвачены или освобождены атомами в ходе химической реакции.

Хорошо, теперь, когда мы рассмотрели основы, давайте заглянем внутрь батареи и посмотрим, как она работает.

Как работает щелочная батарея?

Помните, мы кратко говорили об атомах. Ну, все эти материалы внутри батареи состоят из множества различных атомов, плотно упакованных вместе. Они представлены цветными шариками, каждый цвет которых соответствует разному материалу и, следовательно, разному атому для нашего очень упрощенного примера. Когда мы объединим все эти материалы вместе внутри капсулы, мы получим небольшую химическую реакцию, в которой атомы начнут взаимодействовать друг с другом.

Внутри батареи

Прежде всего, атом иона гидроксида в электролите соединяется с атомом цинка в анодной части. Эта химическая реакция известна как окисление и создаст гидроксид цинка, поскольку соединение цинка и гидроксида высвобождает электроны. Эти электроны теперь могут свободно двигаться и будут собираться на латунном штифте.

В то же время атом оксида марганца соединяется с молекулой воды из электролита, а также со свободным электроном в химической реакции, известной как восстановление. Во время химической реакции оксид марганца превращается в немного другую версию оксида марганца, этой версии больше не нужен атом иона гидроксида, поэтому он выбрасывает его в электролит. Атом воды замещается атомом, выброшенным из реакции окисления. Ион гидроксида теперь свободен и может пройти через сепаратор. Но пока не будет, потому что в анодной секции для него нет места.

Накопление электронов

Итак, как вы можете видеть, у нас есть накопление электронов на отрицательном выводе. Поскольку электроны заряжены отрицательно, и теперь у нас больше электронов на отрицательной клемме, чем на положительной, это означает, что у нас есть разница в напряжении между двумя концами, и мы можем измерить эту разницу с помощью мультиметра.

Помните, что мы можем измерить только разницу в напряжении между двумя разными точками. Если мы измерим одну и ту же точку, мы получим ноль вольт, потому что разницы нет.

Электроны отталкиваются друг от друга и хотят переместиться в область с меньшим количеством электронов. В положительной области меньше электронов, поэтому они попытаются добраться до этой клеммы. Сепаратор не позволяет им течь внутрь аккумулятора и достигать положительной клеммы.

Следовательно, электронам нужен другой путь. Если мы предоставим электронам внешний путь, такой как провод, электроны будут течь по нему, чтобы добраться до положительной клеммы. Помещая такие вещи, как лампа, на пути электронов, электроны должны будут пройти через нее, и поэтому мы заставляем их выполнять работу за нас, например, освещать лампу.

Зажигание лампы

Пока у нас есть замкнутая цепь между клеммами, химическая реакция будет продолжаться, и электроны текут от отрицательной клеммы. Если мы удалим провод или разомкнем цепь, то химическая реакция прекратится.

Итак, давайте вспомним происходящую химическую реакцию. Свободные электроны попадают в батарею через положительный полюс. Это объединяется с оксидом марганца и молекулой воды на катоде, который высвобождает ион гидроксида в электролит.

Ион гидроксида проходит через сепаратор и соединяется с атомом цинка, образуя гидроксид цинка, при этом высвобождаются электроны и молекула воды. Электроны хотят добраться до области с меньшим количеством электронов, положительный полюс имеет меньше электронов, поэтому они будут течь по проводу, чтобы достичь этого, и поэтому химическая реакция непрерывно повторяется снова и снова.

Однако внутри батареи содержится лишь определенное количество материала, поэтому со временем химическая реакция будет продолжаться все труднее и труднее, и в конечном итоге электроны перестанут течь. Аккумулятор больше не будет использоваться, и его необходимо утилизировать.

Соединение батарей вместе

Мы можем использовать батарею для питания некоторых компонентов, но обычно одной батареи недостаточно для питания наших устройств, для этого нам нужно объединить батареи.

Аккумуляторы можно подключать двумя способами. Серийно или параллельно. Ранее мы подробно рассмотрели эти типы схем, ознакомьтесь с серией ЗДЕСЬ, и параллельной ЗДЕСЬ.

Серия

Когда мы соединяем батареи последовательно, напряжение каждой батареи суммируется. Таким образом, две батареи по 1,5 В дают нам 3 В, а 3 батареи дают нам 4,5 В и т. д. Фактическое напряжение может немного отличаться в реальном мире. Напряжение увеличивается, потому что каждая батарея ускоряет входящие в нее электроны, поэтому мы получаем более высокое напряжение.

Параллельно

Если мы подключим батареи параллельно, то мы получим только 1,5 В, независимо от того, сколько мы подключим. Это потому, что путь сливается на подаче, но разделяется на обратном пути, поэтому электроны не будут ускоряться. Однако этот тип конфигурации сможет обеспечить больший ток, а также будет иметь большую емкость, поэтому мы сможем питать что-то дольше. Например, если батарея имела емкость 1200 мАч и мы поставили две параллельно, у нас будет емкость 2400 мАч, но напряжение 1,5 В. Если мы подключим их последовательно, у нас будет емкость 1200 мАч, но напряжение 3 В.

Серия и параллель

Емкость

Мы используем батареи для питания наших цепей. Но как долго батарея может питать нашу схему? Когда мы смотрим на упаковку или лист данных для батареи, мы видим значение с буквами m.A.h рядом с ним. Это рейтинг в миллиампер-часах.

Пример батареи

Например, этот имеет номинал 2500 мАч. Это означает, что теоретически он может обеспечить ток 2500 миллиампер в час, или 1250 мА в течение 2 часов, или 20 мА в течение 125 часов. Однако в реальной жизни это, вероятно, не продлится так долго, потому что химическая реакция замедляется, поэтому внутреннее сопротивление батареи меняется по мере ее разрядки. Есть много других вещей, которые влияют на это, например, возраст и температура.

Нет реального способа точно рассчитать продолжительность жизни, лучше всего просто проверить ее. Однако мы можем оценить срок службы по следующей формуле:

Срок службы батареи = Емкость (мАч) / ток цепи (мА).

На нашем веб-сайте мы создали простой бесплатный калькулятор, с помощью которого вы можете рассчитать время работы аккумулятора, а также необходимую емкость. Проверьте это ЗДЕСЬ .

Так, например, в этой схеме мы вычисляем спрос 19мА, а батарея имеет емкость 3000 мАч. Итак, 3000/19 дает нам 157,9 часа. Это действительно лучший сценарий, и на самом деле он почти наверняка не достигнет этого.

Срок службы батареи

Как измерить с помощью мультиметра

Чтобы измерить напряжение, мы просто выбираем функцию постоянного тока на нашем мультиметре, а затем подключаем красный провод к положительной клемме, а черный провод к отрицательной. Это даст нам показания напряжения.

Номинальное значение батареи

Вы можете видеть, что эта батарея рассчитана на 1,5 В, но когда мы протестировали ее, мы получили 1,593 В

Батарея разряжена

Когда батарея разряжена, мы получаем более низкое напряжение, это показывает 1,07 В, поэтому она полностью разряжена.

Однако иногда мы могли получить напряжение около 1,5 В, даже если батарея разряжена.

Чтобы полностью протестировать батарею, нам нужно протестировать ее под нагрузкой, чтобы проверить, может ли она еще быть полезной. Для этого нам понадобится резистор.

Test Battery

Итак, мы берем резистор около 100 Ом, хотя это не обязательно должно быть точно такое значение, но мы подключаем резистор между нашими двумя щупами. В этом случае мы просто использовали несколько зажимов типа «крокодил», чтобы соединить резистор между щупами, вот так.

Таким образом, ток будет протекать через резистор, и мы сможем снять показания напряжения, когда это произойдет. Если батарея еще в порядке, то уровень напряжения снизится лишь незначительно.

Пример батареи

Например, эта батарея имеет номинальное напряжение 1,5 В, без нагрузки 1,593 В, с подключенным резистором 1,547 В, так что это все еще хорошо.

Пример батареи

Эта батарея также рассчитана на 1,5 В, когда мы измеряем ее без нагрузки, она показывает точно 1,5 В, но когда мы подключаем резистор, она падает до 0,863 В, поэтому мы знаем, что она разрядилась.

Батарея разряжена

Но теперь, когда вы полностью заряжены, оформите заказ Squarespace.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *