În a doua jumătate a secolului al XX-lea, una dintre cele mai bune surse de curent chimic reîncărcabil au fost bateriile reîncărcabile fabricate folosind tehnologia nichel-cadmiu. Ele sunt încă utilizate pe scară largă în diverse domenii datorită fiabilității și simplității lor.
frânare
Ce este bateria nichel cadmiu
Bateriile nichel-cadmiu sunt surse de alimentare galvanice reîncărcabile care au fost inventate în 1899 în Suedia de Waldmar Jungner. Până în 1932, utilizarea lor practică a fost foarte limitată din cauza costului ridicat al metalelor folosite în comparație cu bateriile plumb-acid.
Îmbunătățirea tehnologiei lor de producție a dus la o îmbunătățire semnificativă a caracteristicilor lor operaționale și în 1947 a făcut posibilă crearea unei baterii etanșe, fără întreținere, cu parametri excelenți.
Principiul de funcționare și proiectare a bateriei Ni-Cd
Aceste baterii generează energie electrică datorită procesului reversibil de interacțiune a cadmiului (Cd) cu oxid-hidroxid de nichel (NiOOH) și apă, în urma căruia se formează hidroxid de nichel Ni (OH) 2 și hidroxid de cadmiu Cd (OH) 2 , provocând apariția unei forțe electromotoare.
Bateriile Ni-Cd sunt produse în carcase sigilate, care conțin electrozi separați printr-un separator neutru, care conțin nichel și cadmiu într-o soluție de electrolit alcalin asemănător jeleului (de obicei hidroxid de potasiu, KOH).
Electrodul pozitiv este o plasă de oțel sau o folie acoperită cu pastă de oxid de nichel-hidroxid amestecată cu un material conductor
Electrodul negativ este o plasă de oțel (folie) cu cadmiu poros presat.
O celulă de nichel-cadmiu este capabilă să furnizeze o tensiune de aproximativ 1,2 volți, prin urmare, pentru a crește tensiunea și puterea bateriilor, ei folosesc mulți electrozi conectați în paralel, separați prin separatori, în proiectarea lor.
Caracteristici tehnice și ce sunt bateriile Ni-Cd
Bateriile Ni-Cd au următoarele specificații:
- tensiunea de descărcare a unui element este de aproximativ 0,9-1 volți;
- tensiunea nominală a elementului este de 1,2 v, pentru a obține tensiuni de 12v și 24v se folosește o conexiune în serie a mai multor elemente;
- tensiune de încărcare completă - 1,5-1,8 volți;
- temperatura de lucru: de la -50 la +40 grade;
- numărul de cicluri de încărcare-descărcare: de la 100 la 1000 (în cele mai moderne baterii - până la 2000), în funcție de tehnologia utilizată;
- nivel de autodescărcare: de la 8 la 30% în prima lună după o încărcare completă;
- consum specific de energie - până la 65 W * oră / kilogram;
- durata de viață este de aproximativ 10 ani.
Bateriile Ni-Cd sunt produse în diverse carcase de dimensiuni standard și în versiuni nestandard, inclusiv cu disc, sigilate.
Unde se folosesc bateriile cu nichel-cadmiu?
Aceste baterii sunt utilizate în dispozitive care consumă un curent mare și, de asemenea, suferă sarcini mari în timpul funcționării în următoarele cazuri:
- pe troleibuze și tramvaie;
- pe mașini electrice;
- privind transportul maritim și fluvial;
- în elicoptere și avioane;
- în scule electrice (șurubelnițe, burghie, șurubelnițe electrice și altele);
- aparate de ras electric;
- în echipament militar;
- radiouri portabile;
- în jucării controlate radio;
- în felinare pentru scufundări.
În prezent, din cauza înăspririi cerințelor de mediu, majoritatea bateriilor de dimensiuni standard populare (și altele) sunt produse folosind tehnologii de nichel-hidrură metalică și litiu-ion. În același timp, există încă multe baterii Ni Cd de diferite dimensiuni standard în funcțiune, lansate în urmă cu câțiva ani.
Celulele Ni-Cd au o durată mare de viață, care depășește uneori 10 ani și, prin urmare, acest tip de baterie se mai găsește în multe dispozitive electronice, pe lângă cele enumerate mai sus.
Avantaje și dezavantaje ale bateriei Ni-Cd
Acest tip de baterie are următoarele caracteristici pozitive:
- durată lungă de viață și numărul de cicluri de încărcare-descărcare;
- durată lungă de viață și depozitare;
- capacitate de încărcare rapidă;
- capacitatea de a rezista la sarcini grele și temperaturi scăzute;
- menținerea performanței în cele mai nefavorabile condiții de funcționare;
- cost scăzut;
- capacitatea de a stoca aceste baterii într-o stare descărcată până la 5 ani;
- rezistență medie la supraîncărcare.
În același timp, sursele de alimentare cu nichel-cadmiu au o serie de dezavantaje:
- prezența unui efect de memorie, manifestat prin pierderea capacității la încărcarea bateriei, fără a aștepta o descărcare completă;
- necesitatea întreținerii preventive (mai multe cicluri de încărcare-descărcare) pentru a obține capacitate maximă;
- recuperarea completă a bateriei după depozitare pe termen lung necesită trei până la patru cicluri complete de încărcare-descărcare;
- autodescărcare mare (aproximativ 10% în prima lună de depozitare), ducând la o descărcare aproape completă a bateriei pentru un an de stocare;
- densitate redusă de energie în comparație cu alte baterii;
- toxicitatea ridicată a cadmiului, din cauza căreia acestea sunt interzise într-un număr de țări, inclusiv UE, necesitatea de a elimina astfel de baterii pe echipamente speciale;
- greutate mai mare în comparație cu bateriile moderne.
Diferența dintre sursele Ni-Cd și Li-Ion sau Ni-Mh
Bateriile cu componente active, inclusiv nichel și cadmiu, au o serie de diferențe față de sursele mai moderne de energie electrică litiu-ion și nichel-metal hidrură:
- Celulele Ni-Cd, spre deosebire de variante, au efect de memorie, au o capacitate specifică mai mică cu aceleași dimensiuni;
- Sursele de NiCd sunt mai nepretențioase, rămân operaționale la temperaturi foarte scăzute și sunt de multe ori mai rezistente la supraîncărcare și descărcare puternică;
- Bateriile Li-Ion și Ni-Mh sunt mai scumpe, le este frică de supraîncărcare și de descărcare puternică, dar au mai puțină autodescărcare;
- durata de viață și depozitarea bateriilor Li-Ion (2-3 ani) este de câteva ori mai scurtă decât cea a produselor Ni Cd (8-10 ani);
- Sursele de nichel-cadmiu își pierd rapid capacitatea atunci când sunt utilizate într-un mod tampon (de exemplu, într-un UPS). Deși pot fi apoi recuperate complet prin descărcare profundă și încărcare, cel mai bine este să nu folosiți produse Ni Cd în dispozitivele de încărcare de curent;
- Același mod de încărcare pentru bateriile Ni-Cd și Ni-Mh vă permite să utilizați aceleași încărcătoare, dar ar trebui să țineți cont de faptul că bateriile nichel-cadmiu au un efect de memorie mai pronunțat.
Pe baza diferențelor disponibile, este imposibil să trageți o concluzie clară despre care baterie este mai bună, deoarece toate elementele au atât puncte forte, cât și puncte slabe.
Reguli de funcționare
În timpul funcționării, au loc o serie de modificări ale surselor de alimentare Ni Cd, care duc la o deteriorare treptată a caracteristicilor și, în cele din urmă, la o pierdere a performanței:
- aria și masa utilă a electrozilor scade;
- se modifică compoziția și volumul electrolitului;
- separatorul și impuritățile organice se descompun;
- se pierd apa si oxigenul;
- apare scurgere de curent, asociată cu creșterea dendritelor de cadmiu pe plăci.
Pentru a minimiza deteriorarea bateriei în timpul funcționării și depozitării acesteia, este necesar să se evite efectele negative asupra bateriei, care sunt asociate cu următorii factori:
- încărcarea unei baterii încărcate incomplet duce la o pierdere reversibilă a capacității sale din cauza scăderii suprafeței totale a substanței active ca urmare a formării cristalelor;
- supraîncărcare puternică obișnuită, care duce la supraîncălzire, creșterea gazării, pierderea apei în electrolit și distruge electrozii (în special anodul) și separatorul;
- subîncărcare, ceea ce duce la epuizarea prematură a bateriei;
- funcționarea pe termen lung la temperaturi foarte scăzute duce la modificarea compoziției și volumului electrolitului, crește rezistența internă a bateriei, iar performanța acesteia se deteriorează, în special capacitatea scade.
Odată cu o creștere puternică a presiunii în interiorul bateriei, ca urmare a încărcării rapide cu un curent ridicat și degradarea puternică a catodului de cadmiu, hidrogenul în exces poate fi eliberat în baterie, ceea ce duce la o creștere bruscă a presiunii, care poate deforma carcasa. , încalcă densitatea ansamblului, crește rezistența internă și reduce tensiunea de funcționare.
La bateriile echipate cu supapă de limitare a presiunii de urgență, pericolul de deformare poate fi prevenit, dar modificările ireversibile ale compoziției chimice a bateriei nu pot fi evitate.
Încărcarea bateriilor Ni Cd trebuie făcută cu un curent de 10% (dacă aveți nevoie de o încărcare rapidă în baterii speciale - cu un curent de până la 100% timp de 1 oră) din capacitatea lor (de exemplu, 100 mA cu o capacitate de 1000 mAh) timp de 14-16 ore. Cel mai bun mod de descărcare a acestora este cu un curent egal cu 20% din capacitatea bateriei.
Cum se repară o baterie Ni Cd
Sursele de alimentare cu nichel-cadmiu în cazul unei pierderi de capacitate pot fi aproape complet restaurate printr-o descărcare completă (până la 1 volt per celulă) și încărcarea ulterioară într-un mod standard. Acest antrenament al bateriilor poate fi repetat de mai multe ori pentru a le restabili complet capacitatea.
Dacă este imposibil să restabiliți bateria prin descărcare și încărcare, puteți încerca să le restabiliți prin expunerea la impulsuri scurte de curent (de zeci de ori mai mari decât capacitatea elementului restabilit) timp de câteva secunde. Această acțiune elimină scurtcircuitul intern din celulele bateriei care apare din cauza creșterii dendritelor prin arderea lor cu un curent puternic. Există activatori industriali speciali care realizează un astfel de efect.
Restabilirea completă a capacității inițiale a unor astfel de baterii este imposibilă din cauza modificărilor ireversibile ale compoziției și proprietăților electrolitului, precum și degradării plăcilor, dar face posibilă prelungirea duratei de viață.
Metoda de recuperare la domiciliu este de a efectua următoarele acțiuni:
- cu un fir cu o secțiune transversală de cel puțin 1,5 milimetri pătrați, conectați minusul elementului restaurat la catodul unei baterii puternice, de exemplu, o baterie de mașină sau de la un UPS;
- al doilea fir este atașat ferm de anodul (plus) al uneia dintre baterii;
- timp de 3-4 secunde, capătul liber al celui de-al doilea fir atinge rapid terminalul pozitiv liber (cu o frecvență de 2-3 atingeri pe secundă). În acest caz, este necesar să se prevină sudarea firelor la joncțiune;
- un voltmetru verifică tensiunea la sursa restaurată, dacă aceasta este absentă, se efectuează un alt ciclu de recuperare ;;
- când pe baterie apare o forță electromotoare, aceasta este pusă la încărcare;
În plus, puteți încerca să distrugeți dendritele din baterie, înghețându-le timp de 2-3 ore, urmate de lovirea lor ascuțită. Când sunt înghețate, dendritele devin fragile și se prăbușesc din cauza șocului, ceea ce teoretic ar putea ajuta la scăparea de ele.
Există, de asemenea, metode de recuperare mai extreme asociate cu adăugarea de apă distilată la elementele vechi prin forarea corpului lor. Dar asigurarea completă a etanșeității unor astfel de elemente în viitor este foarte problematică. Prin urmare, nu merită să salvați și să expuneți sănătatea la riscul de otrăvire cu compuși de cadmiu din cauza câștigului mai multor cicluri de lucru.
Depozitarea și eliminarea
Cel mai bine este să depozitați bateriile cu nichel-cadmiu în stare descărcată la o temperatură scăzută într-un loc uscat. Cu cât temperatura de stocare a acestor baterii este mai mică, cu atât au mai puțină auto-descărcare. Modelele de înaltă calitate pot fi păstrate până la 5 ani fără deteriorarea semnificativă a caracteristicilor tehnice. Pentru a le pune în funcțiune este suficient să le încărcați.
Substanțele nocive conținute într-o baterie AA pot polua aproximativ 20 de metri pătrați din teritoriu. Pentru eliminarea în siguranță a bateriilor Ni Cd, acestea trebuie predate punctelor de reciclare, de unde sunt expediate la fabrici, unde trebuie distruse în cuptoare speciale etanșate dotate cu filtre care captează substanțele toxice.
S-ar putea să te intereseze și
Fiecare persoană folosește baterii diferite într-o anumită măsură. Ele pot fi ca
Înlocuirea bateriei în mașină se face în mod obișnuit sau în cazul unei avarii. Bineînțeles că poți ridica
Bateriile reîncărcabile, chiar și atunci când sunt utilizate corect, au o durată de viață limitată. Pentru a nu diminua
Bateriile moderne marcate 14250 sunt soluția optimă pentru alimentarea diferitelor echipamente. Datorită inovatoare
Principalele tipuri de baterii:
Baterii Ni-Cd Nichel Cadmiu
Pentru uneltele fără fir, bateriile cu nichel-cadmiu sunt standardul de facto. Inginerii sunt bine conștienți de avantajele și dezavantajele lor, în special bateriile Ni-Cd Nichel-cadmiu conțin cadmiu, un metal greu cu toxicitate crescută.
Bateriile nichel-cadmiu au așa-numitul „efect de memorie”, a cărui esență se rezumă la faptul că la încărcarea unei baterii descărcate incomplet, noua sa descărcare este posibilă doar la nivelul de la care a fost încărcată. Cu alte cuvinte, bateria „își amintește” de nivelul de încărcare reziduală de la care a fost încărcată complet.
Deci, atunci când se încarcă o baterie Ni-Cd incomplet descărcată, capacitatea acesteia scade.
Există mai multe modalități de a combate acest fenomen. Vom descrie doar cea mai simplă și mai fiabilă metodă.
Când utilizați unelte fără fir cu baterii Ni-Cd reîncărcabile, o regulă simplă este să încărcați numai bateriile complet descărcate.
Se recomandă depozitarea bateriilor Ni-Cd Nichel-cadmiu în stare descărcată, de preferință pentru ca descărcarea să nu fie profundă, altfel poate provoca procese ireversibile în baterie.
Avantajele bateriilor Ni-Cd Nichel Cadmiu
- Baterie Ni-Cd Nichel-Cadmiu cu preț redus
- Capacitatea de a furniza cel mai mare curent de sarcină
- Capacitatea de a încărca rapid bateria
- Menținerea unei capacități ridicate a bateriei până la -20 ° C
- Un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare. Cu o funcționare corectă, astfel de baterii funcționează perfect și permit până la 1000 de cicluri de încărcare-descărcare sau mai mult.
Dezavantajele bateriilor Ni-Cd Nichel Cadmiu
- Nivel de auto-descărcare relativ ridicat - Bateria Ni-Cd Nichel-cadmiu își pierde aproximativ 8-10% din capacitate în prima zi după o încărcare completă.
- În timpul depozitării, bateria Ni-Cd Nichel-cadmiu pierde aproximativ 8-10% din încărcare în fiecare lună
- După depozitare pe termen lung, capacitatea bateriei Ni-Cd Nichel-Cadmiu este restabilită după 5 cicluri de descărcare-încărcare.
- Pentru a prelungi durata de viață a bateriei Ni-Cd Nichel-Cadmiu, se recomandă descărcarea completă de fiecare dată pentru a preveni „efectul de memorie”
Baterii cu hidrură metalică de nichel Ni-MH
Aceste baterii sunt oferite pe piață ca fiind mai puțin toxice (comparativ cu bateriile Ni-Cd Nichel-Cadmiu) și mai ecologice, atât la producție, cât și la eliminare.
În practică, bateriile Ni-MH Nichel-hidrură metalică demonstrează o capacitate foarte mare, cu dimensiuni și greutate ceva mai mici decât bateriile Ni-Cd Nichel-cadmiu standard.
Datorită respingerii aproape complete a utilizării metalelor grele toxice în proiectarea bateriilor Ni-MH Nichel-hidrură metalică, acestea din urmă, după utilizare, pot fi eliminate destul de sigur și fără consecințe asupra mediului.
Bateriile nichel-hidrură metalică au un „efect de memorie” ușor redus. În practică, „efectul de memorie” este practic invizibil datorită autodescărcării ridicate a acestor baterii.
Când utilizați baterii Ni-MH Ni-MH, este recomandabil să le descărcați parțial în timpul funcționării.
Depozitați bateriile Ni-MH Ni-MH într-o stare încărcată. În cazul întreruperilor lungi (mai mult de o lună) în funcționare, bateriile trebuie reîncărcate.
Avantajele bateriilor Ni-MH nichel-hidrură metalică
- Baterii netoxice
- Mai puțin „efect de memorie”
- Performanță bună la temperaturi scăzute
- Capacitate mai mare în comparație cu bateriile Ni-Cd Nichel-cadmiu
Dezavantajele bateriilor Ni-MH nichel metal hidrură
- Tip mai scump de baterii
- Rata de auto-descărcare este de aproximativ 1,5 ori mai mare în comparație cu bateriile Ni-Cd Nichel-cadmiu
- După 200-300 de cicluri de descărcare-încărcare, capacitatea de lucru a bateriilor Ni-MH Nichel-hidrură metalică scade ușor
- Bateriile Ni-MH Ni-MH au o durată de viață limitată
Baterii Li-Ion Litiu-ion
Avantajul incontestabil al bateriilor litiu-ion este „efectul de memorie” aproape imperceptibil.
Datorită acestei proprietăți remarcabile, bateria Li-Ion poate fi încărcată sau reîncărcată la nevoie, în funcție de nevoi. De exemplu, puteți reîncărca o baterie litiu-ion descărcată incomplet înainte de o muncă importantă, solicitantă sau prelungită.
Din păcate, aceste baterii sunt cele mai scumpe baterii reîncărcabile disponibile. În plus, bateriile litiu-ion au o durată de viață limitată, independent de numărul de cicluri de descărcare-încărcare.
Pe scurt, se poate presupune că bateriile cu litiu-ion sunt cele mai potrivite pentru cazurile de utilizare intensivă constantă a uneltelor fără fir.
Avantajele bateriilor Li-Ion Litiu-ion
- Nu există „efect de memorie” și, prin urmare, devine posibilă încărcarea și reîncărcarea bateriei după cum este necesar
- Baterie Li-Ion Li-ion de mare capacitate
- Baterii Li-Ion Li-ion cu greutate redusă
- Nivel de auto-descărcare record scăzut - nu mai mult de 5% pe lună
- Capacitate de încărcare rapidă pentru bateriile Li-Ion Li-ion
Dezavantajele bateriilor Li-Ion Litiu Ion
- Baterii Li-Ion Litiu-Ion cu cost ridicat
- Timp de funcționare redus la temperaturi sub zero grade Celsius
- Durată de viață limitată
Notă
Din practica utilizării bateriilor Li-Ion Litiu-ion în telefoane, camere foto etc. Se poate observa ca aceste baterii functioneaza in medie de la 4 la 6 ani si rezista la aproximativ 250-300 de cicluri de descarcare-incarcare in acest timp. În același timp, s-a observat cu siguranță: mai multe cicluri de descărcare-încărcare - durata de viață mai scurtă a bateriilor Li-Ion Li-ion!
Urmărește știrile în grupul nostru Vkontakte
Timp de cincizeci de ani, dispozitivele portabile pentru funcționare autonomă s-ar putea baza numai pe surse de alimentare cu nichel-cadmiu. Dar cadmiul este un material foarte toxic, iar în anii 1990, tehnologia nichel-cadmiu a fost înlocuită cu tehnologia nichel-hidrură metalică mai ecologică. De fapt, aceste tehnologii sunt foarte asemănătoare, iar majoritatea caracteristicilor bateriilor cu nichel-cadmiu sunt moștenite de la bateriile nichel-hidrură metalică. Cu toate acestea, pentru unele aplicații, bateriile cu nichel-cadmiu rămân indispensabile și sunt folosite până în prezent.
1. Baterii nichel-cadmiu (NiCd)
Inventată de Waldmar Jungner în 1899, bateria cu nichel-cadmiu avea mai multe avantaje față de bateria plumb-acid, singura baterie existentă la acea vreme, dar era mai scumpă din cauza costului materialelor. Dezvoltarea acestei tehnologii a fost destul de lentă, dar în 1932 a fost făcută o descoperire semnificativă - ca electrod a fost folosit un material poros cu o substanță activă în interior. O îmbunătățire ulterioară a fost făcută în 1947 și a rezolvat problema absorbției gazului, ceea ce a făcut posibilă crearea unei baterii nichel-cadmiu moderne, etanșă, fără întreținere.
De-a lungul anilor, bateriile NiCd au servit ca surse de alimentare pentru radiouri cu două căi, echipamente medicale de urgență, camere video profesionale și unelte electrice. La sfârșitul anilor 1980, au fost dezvoltate baterii NiCd de capacitate ultra-înaltă care au șocat lumea cu 60% mai multă capacitate decât o baterie standard. Acest lucru a fost realizat datorită plasării mai multor substanțe active în baterie, dar au existat și dezavantaje - rezistența internă a crescut și numărul de cicluri de încărcare/descărcare a scăzut.
Standardul NiCd rămâne unul dintre cele mai fiabile și modeste dintre toate bateriile reîncărcabile, iar industria aviației rămâne angajată în acest sistem. Cu toate acestea, longevitatea acestor baterii depinde de întreținerea corespunzătoare. Bateriile NiCd și parțial NiMH sunt supuse efectului de „memorie”, ceea ce duce la o pierdere a capacității dacă nu efectuați periodic un ciclu complet de descărcare. Dacă modul de încărcare recomandat este încălcat, bateria pare să-și amintească că în ciclurile anterioare de funcționare capacitatea sa nu a fost utilizată pe deplin, iar atunci când este descărcată, renunță la energie electrică doar la un anumit nivel. ( Consultați: Cum să reparați o baterie cu nichel). Tabelul 1 enumeră avantajele și dezavantajele unei baterii standard nichel-cadmiu.
| Avantaje | De încredere; număr mare de cicluri cu întreținere corespunzătoare Singura baterie capabilă de încărcare ultra-rapidă cu stres minim Caracteristici bune de încărcare, iertând exagerarea Termen de valabilitate lung; posibilitatea de depozitare în stare de descărcare Nu există cerințe speciale pentru depozitare și transport Performanță bună la temperaturi scăzute Cel mai mic cost pe ciclu al oricărei baterii Disponibil într-o gamă largă de dimensiuni și modele |
| dezavantaje | Densitate de energie relativ scăzută în comparație cu sistemele mai noi efect de memorie; necesitatea întreţinerii periodice pentru a o evita Cadmiul este toxic și necesită o eliminare specială Autodescărcare ridicată; necesită reîncărcare după depozitare Tensiune scăzută a celulei de 1,2 volți, necesită sisteme cu mai multe celule pentru a furniza tensiune înaltă |
Tabelul 1: Avantajele și dezavantajele bateriilor cu nichel cadmiu.
2. Baterii nichel-hidrură metalică (NiMH).
Cercetările privind tehnologia nichel-hidrură metalică au început în 1967. Cu toate acestea, instabilitatea hidrurii metalice a împiedicat dezvoltarea, care, la rândul său, a condus la dezvoltarea sistemului nichel-hidrogen (NiH). Noile aliaje cu hidrură descoperite în anii 1980 au rezolvat problemele de siguranță și au permis o baterie cu 40% mai multă densitate de energie decât nichel-cadmiul standard.
Bateriile nichel-hidrură metalică nu sunt lipsite de dezavantaje. De exemplu, procesul lor de încărcare este mai complicat decât cel al NiCd. Cu o auto-descărcare de 20% pentru prima zi și rata lunară ulterioară de 10%, NiMH ocupă una dintre pozițiile de lider în clasa sa. Prin modificarea aliajului de hidrură se poate realiza o scădere a autodescărcării și a coroziunii, dar aceasta va adăuga un dezavantaj sub forma unei scăderi a intensității energetice specifice. Dar atunci când sunt utilizate în vehiculele electrice, aceste modificări sunt foarte utile, deoarece cresc fiabilitatea și prelungesc durata de viață a bateriilor.
3. Utilizare în segmentul consumatorilor
Bateriile NiMH sunt în prezent printre cele mai ușor disponibile. Giganții din industrie precum Panasonic, Energizer, Duracell și Rayovac au recunoscut necesitatea unei baterii cu preț redus și de lungă durată pe piață și oferă surse de alimentare NiMH într-o varietate de dimensiuni, inclusiv AA și AAA. Producătorii depun mult efort pentru a câștiga cotă de piață din bateriile alcaline.
În acest segment de piață, bateriile NiMH sunt o alternativă la bateriile reîncărcabile. baterii alcaline, care a apărut în 1990, dar din cauza ciclului de viață limitat și a caracteristicilor slabe de încărcare nu a câștigat succes.
Tabelul 2 compară intensitatea energetică specifică, tensiunea, autodescărcarea și timpul de funcționare a bateriilor și acumulatorilor din segmentul de consum. Disponibil în AA, AAA și alte dimensiuni, aceste surse de alimentare pot fi utilizate în dispozitive portabile. Chiar dacă pot avea tensiuni nominale ușor diferite, starea de descărcare apare de obicei la aceeași valoare reală a tensiunii de 1 V pentru toți. Acest interval de tensiune este acceptabil, deoarece dispozitivele portabile au o oarecare flexibilitate în ceea ce privește domeniul de tensiune. Principalul lucru este că este necesar să folosiți împreună numai același tip de elemente electrice. Problemele de siguranță și incompatibilitățile de tensiune au împiedicat dezvoltarea bateriilor litiu-ion AA și AAA.
Tabelul 2: Comparație între diferite baterii de dimensiuni AA.
* Eneloop este o marcă comercială a Sanyo Corporation bazată pe sistemul NiMH.
Rata mare de auto-descărcare a NiMH este un motiv de îngrijorare continuă a consumatorilor. O lanternă sau un dispozitiv portabil cu o baterie NiMH se va epuiza dacă este lăsat nefolosit timp de câteva săptămâni. Sugestia de a încărca dispozitivul înainte de fiecare utilizare este puțin probabil să găsească înțelegere, mai ales în cazul lanternelor, care sunt poziționate ca surse de iluminare de rezervă. Avantajul unei baterii alcaline cu o durată de valabilitate de 10 ani pare să fie de netăgăduit aici.
Bateria nichel-hidrură metalică de la Panasonic și Sanyo sub marca Eneloop a reușit să reducă semnificativ autodescărcarea. Eneloop poate fi stocat cu o singură încărcare de până la șase ori mai lungă decât un NiMH obișnuit. Dar dezavantajul unei astfel de baterii îmbunătățite este o densitate specifică de energie puțin mai mică.
Tabelul 3 rezumă avantajele și dezavantajele sistemului electrochimic cu hidrură metalică de nichel. Tabelul nu include caracteristicile Eneloop și ale altor mărci de consum.
| Avantaje | Capacitate cu 30-40% mai mare comparativ cu NiCd Mai puțin predispus la efectul de „memorie”, poate fi restaurat Cerințe simple de depozitare și transport; lipsa de reglementare a acestor procese Prietenos cu mediul; conțin numai materiale ușor toxice Conținutul de nichel face reciclarea durabilă Gamă largă de temperatură de funcționare |
| dezavantaje | Durată de viață limitată; descărcările adânci contribuie la reducerea acestuia Algoritm de încărcare sofisticat; sensibil la supraîncărcare Cerințe speciale pentru modul de încărcare Generați căldură în timpul încărcării rapide și al descărcării de mare putere Autodescărcare ridicată Eficiență Coulomb la 65% (pentru comparație, litiu-ion - 99%) |
Tabelul 3: Avantajele și dezavantajele bateriilor NiMH.
4. Baterii nichel-fier (NiFe)
După inventarea bateriei cu nichel-cadmiu în 1899, inginerul suedez Waldmar Jungner și-a continuat cercetările și a încercat să înlocuiască cadmiul scump cu fier mai ieftin. Dar eficiența scăzută de încărcare și gazarea excesivă a hidrogenului l-au forțat să renunțe la dezvoltarea ulterioară a bateriei NiFe. Nici măcar nu s-a obosit să breveteze această tehnologie.
Bateria nichel-fier (NiFe) folosește hidroxid de nichel ca catod, fier ca anod și o soluție apoasă de hidroxid de potasiu ca electrolit. Celula unei astfel de baterii generează o tensiune de 1,2 V. NiFe este rezistent la supraîncărcare și descărcare profundă; poate fi folosit ca sursă de alimentare de rezervă pentru mai mult de 20 de ani. Rezistența la vibrații și temperaturile ridicate au făcut din această baterie cea mai folosită în industria minieră din Europa; și-a găsit, de asemenea, aplicația pentru a furniza energie pentru semnalizarea feroviară și este folosită și ca baterie de tracțiune pentru stivuitoare. Se poate observa că în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, bateriile fier-nichel au fost folosite în racheta germană V-2.
NiFe are o densitate redusă de putere de aproximativ 50 W/kg. De asemenea, dezavantajele includ performanța slabă la temperaturi scăzute și o rată mare de autodescărcare (20-40 la sută pe lună). Acest lucru, împreună cu costurile mari de producție, îi determină pe producători să rămână loiali bateriilor cu plumb acid.
Dar sistemul electrochimic fier-nichel se dezvoltă activ și în viitorul apropiat poate deveni o alternativă la plumb-acid în unele industrii. Un model experimental de design lamelă arată promițător, a reușit să reducă autodescărcarea bateriei, a devenit practic imun la efectele dăunătoare ale supraîncărcării și subîncărcării, iar durata sa de viață este de așteptat să fie de 50 de ani, ceea ce este comparabilă cu durata de viață de 12 ani a unei baterii plumb-acid în modul de lucru cu descărcări ciclice profunde. Prețul așteptat al unei astfel de baterii NiFe va fi comparabil cu cel al unei baterii litiu-ion și doar de patru ori prețul unei baterii plumb-acid.
baterii NiFe, precum și NiCdși NiMH, necesită reguli speciale de încărcare - curba de tensiune este sinusoidală. În consecință, utilizați un încărcător pentru acid de plumb sau ion de litiu bateria nu iese, poate chiar dăuna. Ca toate bateriile pe bază de nichel, NiFe se teme de supraîncărcare - descompune apa din electrolit și duce la pierderea acestuia.
Capacitatea unei astfel de baterii, redusă ca urmare a utilizării necorespunzătoare, poate fi restabilită prin aplicarea de curenți de descărcare mari (comensional cu valoarea capacității bateriei). Această procedură trebuie efectuată de până la trei ori cu o perioadă de descărcare de 30 de minute. De asemenea, ar trebui să monitorizați temperatura electrolitului - aceasta nu trebuie să depășească 46 ° C.
5. Baterii nichel-zinc (NiZn)
O baterie nichel-zinc este similară cu o baterie nichel-cadmiu prin faptul că folosește un electrolit alcalin și un electrod de nichel, dar diferă ca tensiune - NiZn oferă 1,65 V per celulă, în timp ce NiCd și NiMH au 1,20 V per celulă. Este necesar să încărcați o baterie NiZn cu un curent constant cu o valoare a tensiunii de 1,9 V per celulă, de asemenea, merită să ne amintim că acest tip de baterie nu este proiectat să funcționeze în modul de reîncărcare. Consumul specific de energie este de 100W/kg, iar numărul de cicluri posibile este de 200-300 de ori. NiZn nu conține materiale toxice și poate fi eliminat cu ușurință. Disponibil în diferite dimensiuni standard, inclusiv AA.
În 1901, Thomas Edison a primit un brevet american pentru o baterie reîncărcabilă cu nichel-zinc. Mai târziu, evoluțiile sale au fost îmbunătățite de chimistul irlandez James Drumm, care a instalat aceste baterii pe vagoane care parcurg ruta Dublin-Bray din 1932 până în 1948. NiZnul nu a fost bine dezvoltat din cauza auto-descărcării puternice și a ciclului de viață scurt cauzat de formarea dendritei, care a dus adesea la scurtcircuite. Dar îmbunătățirile în formularea electroliților au atenuat această problemă, ceea ce a dat naștere reevaluării NiZn-ului pentru uz comercial. Costul redus, puterea mare de ieșire și intervalul larg de temperatură de funcționare fac acest sistem electrochimic extrem de atractiv.
6. Baterii nichel-hidrogen (NiH)
Când a început dezvoltarea bateriilor nichel-hidrură metalică, în 1967, cercetătorii s-au confruntat cu instabilitatea hidritelor metalice, care a determinat o schimbare către dezvoltarea unei baterii nichel-hidrogen (NiH). Celula unei astfel de baterii include un electrolit încapsulat într-un vas, nichel și hidrogen (hidrogenul este închis într-un cilindru de oțel la o presiune de 8207 bar).
Poate că nu toată lumea știe că în toate cele mai diferite forme de baterii pentru unelte electrice portabile, există bănci unificate cu o tensiune de 1,2V și puteri diferite. Contează doar dimensiunea cutiei (și vin în 2 dintre cele mai comune dimensiuni standard) și puterea măsurată în amperi sau miliamperi. Cu cât capacitatea bateriei este mai mare, cu atât instrumentul va funcționa mai mult cu o singură încărcare.
În primul rând, uită-te la ce scrie pe carcasa bateriei. Trebuie să știm doar trei valori. Acestea sunt tipul de tensiune a bateriei (Ni-Cd sau Ni-MH sau LI-Ion) (de obicei 12V sau 14.4V 18v 24V) și capacitatea bateriei (ceva de genul 1200mA 1.2A 2000mA 2400mA etc.) La modelele ieftine, numai tensiunea este indicata... Aceasta înseamnă aproape întotdeauna un SC de nichel cadmiu de 1200 mA pentru clarificare.
Dacă ai stat în picioare
Ni-Cdbateriile, puteți folosi doar aceleașiNi-Cddeși pe un instrument de înaltă calitate, încărcătorul a fost unificat și a încărcat atât acelea, cât și alte tipuri. Și la buget și cu atât mai mult, principalul lucru este să calculați corect timpul de încărcare.Dacă ai stat în picioare
Ni-MHatât Ni-MH cât și Ni-CdDacă ai stat în picioare
Li-Ionse pot folosi bateriidoar Li-Ion.Acest lucru se datorează tipului de încărcător pentru modelul de instrument. Deși, după cum a arătat practica, bateriile NI-MH încarcă perfect toate încărcătoarele.
Băncile care stau în bloc sunt lipite în serie, împărțiți tensiunea blocului la 1,2 și obțineți numărul de cutii din interiorul blocului. Cunoscând numărul, tipul și capacitatea bateriilor, ne uităm la prețul pentru 1 bucată și decidem dacă merită) Pentru un instrument de înaltă calitate, cu siguranță da, pentru modelele de buget chinezesc, costul poate depăși prețul unui nou instrument de două sau de trei ori. Dar trebuie avut în vedere că un bloc asamblat din baterii normale va funcționa mult timp, în timp ce un nou instrument bugetar va strânge 5-10 șuruburi autofiletante și va necesita încărcare.
Dacă totuși decideți să vă ocupați de peretele etanș al bateriei, trebuie să dezasamblați carcasa și să lipiți băncile împreună. Practic, carcasele sunt asamblate pe șuruburi autofiletante, dar există atât șuruburi lipite, cât și cu ajutorul unui asterisc, caz în care va trebui să achiziționați o șurubelniță specială. Vezi ce scrie pe bănci în sine. Poate fi butoaie de 4/5 SC sau doar SC. (Le puteti masura in inaltime, SC 42mm lungime, 4/5 SC 32mm) Ca inlocuitor, va oferim modelele optime pentru astazi din punct de vedere al raportului pret/capacitate. Pentru bateriile 4/5 SC, acestea sunt celule de 1200 mAh în sau. Influența carcasei asupra duratei de viață nu a fost dezvăluită. Pentru bateriile pline SC, acestea sunt bănci cu o capacitate de sau.
Acum, în ceea ce privește conectarea conservelor între ele. În fabrică, acest lucru se realizează prin sudare prin rezistență. Va trebui să le lipim. Bateriilor reîncărcabile nu le place supraîncălzirea, așa că trebuie să lipiți rapid cu un fier de lipit puternic cu vârf scurt. Dintre fluxuri, este mai bine să folosiți acid fosforic. Cu ajutorul ei, bateriile în sine sunt ușor de cositorit, iar jumperii sunt cel mai bine făcute din fire de cupru. După cositorire, spălați acidul cu apă, astfel încât să nu corodeze joncțiunea. Firul poate fi obtinut dintr-un cablu de antena casnic vechi, acesta este cel care merge de-a lungul ecranului, sau puteti cumpara un fir de montaj, este usor de lipit si este ieftin. În orice caz, este mai bine să experimentați mai întâi cu borcanul vechi, încercați să îl lipiți.
În ceea ce privește timpul de încărcare, acesta se calculează cel mai adesea după formula, - Capacitatea bateriei este împărțită la curentul încărcătorului (indicat pe sursa de alimentare) și înmulțită cu 1,5. De exemplu, puneți băncile la 2000mA și unitatea dvs. de alimentare este de 400mA (tensiunea în acest caz nu contează.) (2000/400) * 1,5 = 7,5 ore.
Iată un rezumat rapid cu tot ce trebuie să știți pentru a restabili singur o baterie veche.
De asemenea, clientul nostru a scris o recenzie foarte informativă despre peretele bateriei folosind elemente GP de 2000mA de tip SC. Poți citi
Actualizare din noiembrie 2012.
Numărul de vizualizări ale articolului din 2009 a făcut mai mult de 12000. Cine ar fi crezut că o notă scrisă pentru noi roiind ar fi atât de utilă oamenilor. Ce s-a schimbat de atunci? În primul rând, bateriile din seria GP Sub-C NI-Cd au dispărut în sfârșit de pe piață. Păcat că raportul preț-performanță a fost excelent.
Astăzi oferim baterii de la Energy Technology, de bună calitate și la un preț mic.
De asemenea, avem capacitatea de a suda bateriile prin sudare de contact. Acesta este de înaltă calitate și corect. Costul reconstrucției bateriilor pentru o șurubelniță nu este fix
... 6 luni garantie. Pentru mai multe informații despre prețuri, vă rugăm să urmați linkul de pe orice pagină a site-ului.Pentru toate întrebările, vă rugăm să contactați prin e-mail [email protected]
Cu acest articol deschidem o nouă direcție pentru site-ul nostru: testarea bateriilor și a celulelor galvanice (sau, în termeni simpli, a bateriilor).În ciuda faptului că bateriile litiu-ion, specifice fiecărui model de dispozitiv specific, câștigă din ce în ce mai multă popularitate, piața bateriilor standard de uz general este încă foarte mare - alimentează o mulțime de produse diferite, de la jucării pentru copii până la ieftine. aparate foto și lanterne profesionale. Sortimentul acestor elemente este, de asemenea, grozav - baterii și acumulatori de diferite tipuri, capacități, dimensiuni, mărci, manopera ...
La început, nu ne propunem să îmbrățișăm întreaga bogăție de baterii - ne vom limita doar la cele mai standard și răspândite dintre ele: baterii cilindrice și baterii cu nichel.
Acest articol are scopul de a vă familiariza cu câteva concepte de bază legate de bateriile pe care le investigăm, precum și cu metodologia de testare și echipamentele pe care le folosim. Cu toate acestea, vom discuta și multe aspecte teoretice și practice în articolele ulterioare dedicate elementelor nutriționale specifice - mai ales că este mult mai convenabil și mai clar să faceți acest lucru folosind „exemple vii”.
Tipuri de baterii și celule galvanice
Baterii cu electrolit de sareBateriile cu electrolit de sare, sunt și zinc-carbon (cu toate acestea, spre deosebire de bateriile alcaline, producătorii pur și simplu nu își indică chimia pe pachetele de sare) sunt cele mai ieftine surse de energie chimică disponibile pe piață: costul unei baterii variază de la patru la cinci până la opt până la zece ruble, în funcție de marcă.
O astfel de baterie este un recipient cilindric de zinc (care servește atât ca corp, cât și ca „minus” al bateriei), în centrul căruia se află un electrod de carbon („plus”). În jurul anodului este plasat un strat de dioxid de mangan, iar spațiul rămas între acesta și pereții recipientului este umplut cu o pastă de clorură de amoniu și clorură de zinc diluată în apă. Compoziția acestei paste poate varia: în bateriile de putere redusă, este dominată de clorura de amoniu, iar în cele mai încăpătoare (denumite de obicei de producători drept „Heavy Duty”) - clorura de zinc.
În timpul funcționării bateriei, zincul din care este făcută carcasa sa se oxidează treptat, drept urmare pot apărea goluri în el - atunci electrolitul se va scurge din baterie, ceea ce poate duce la deteriorarea dispozitivului în care se află. instalat. Cu toate acestea, astfel de probleme au fost tipice în principal pentru bateriile domestice în timpul existenței URSS, în timp ce cele moderne sunt ambalate în mod fiabil într-o carcasă exterioară suplimentară și „scurg” foarte rar. Cu toate acestea, nu ar trebui să lăsați bateriile descărcate în dispozitiv pentru o perioadă lungă de timp.
După cum sa menționat mai sus, compoziția chimică a electrolitului bateriilor de sare poate varia ușor - versiunea „puternică” folosește un electrolit cu predominanța clorurii de zinc. Cu toate acestea, cuvântul „puternic” în legătură cu ele poate fi scris doar între ghilimele - niciuna dintre soiurile de baterii de sare nu este proiectată pentru orice încărcătură serioasă: într-o lanternă vor dura un sfert de oră și într-o cameră s-ar putea să nu fie suficient pentru a extinde obiectivul. Lotul de baterii de sare - telecomenzi, ceasuri și termometre electronice, adică dispozitive al căror consum de energie se încadrează în unități, de cel puțin zeci de miliamperi.
Baterii alcaline cu electrolit
Următorul tip de baterie sunt bateriile alcaline sau cu mangan. Unii vânzători nu prea competenți și chiar producători le numesc „alcaline” - aceasta este o hârtie de calc ușor distorsionată din engleza „alcalină”, adică „alcalină”.
Prețurile bateriilor alcaline variază de la zece la patruzeci până la cincizeci de ruble (cu toate acestea, majoritatea tipurilor lor se încadrează în intervalul de până la 25 de ruble, ies în evidență doar anumite modele cu putere crescută) și pot fi distinse de cele sărate prin inscripție „Alkaline „pe ambalaj (și uneori chiar în nume, de exemplu,” GP Super Alkaline „sau „TDK Power Alkaline”).
Polul negativ al unei baterii alcaline constă din pulbere de zinc - în comparație cu corpul de zinc al celulelor de sare, utilizarea pulberii permite creșterea ratei reacțiilor chimice și, prin urmare, a curentului emis de baterie. Polul pozitiv este dioxidul de mangan. Principala diferență față de bateriile cu sare este tipul de electrolit: în cele alcaline, hidroxidul de potasiu este folosit ca acesta.
Bateriile alcaline sunt potrivite pentru dispozitive cu un consum de energie de la zeci până la câteva sute de miliamperi - cu o capacitate de aproximativ 2 ... 3 A * h, oferă un timp de funcționare destul de rezonabil. Din păcate, au și un dezavantaj semnificativ: rezistență internă mare. Dacă încărcați bateria cu un curent foarte mare, tensiunea acesteia va scădea foarte mult și o parte semnificativă a energiei va fi cheltuită pentru încălzirea bateriei în sine - ca urmare, capacitatea efectivă a bateriilor alcaline depinde foarte mult de sarcină. De exemplu, dacă, cu o descărcare cu un curent de 0,025 A, reușim să obținem 3 A * h din baterie, atunci cu un curent de 0,25 A, capacitatea reală va scădea deja la 2 A * h, iar cu o curent de 1 A, acesta va fi complet sub 1 A * h.
Cu toate acestea, o perioadă de timp o baterie alcalină poate funcționa sub sarcină grea, dar acest timp este relativ scurt. De exemplu, dacă o cameră digitală modernă cu baterii de sare poate să nu pornească nici măcar, atunci un set de baterii alcaline va fi suficient pentru o jumătate de oră de funcționare.
Apropo, dacă trebuie să utilizați deja baterii alcaline în camera dvs., cumpărați două seturi deodată și schimbați-le periodic, acest lucru le va prelungi puțin viața: dacă lăsați o baterie descărcată să se „odihnească” puțin, se va restabili parțial încărcarea acestuia și să poată funcționa puțin mai mult. Cinci minute.
Baterii cu litiu
Ultimul dintre tipurile larg răspândite de baterii este litiu. Ele sunt, în general, evaluate pentru multipli de 3V, astfel încât majoritatea tipurilor de baterii cu litiu cu soluție salină și alcaline de 1,5V nu sunt interschimbabile. Astfel de baterii sunt utilizate pe scară largă în ceasuri și, mai rar, în echipamentele fotografice.
Există însă și baterii cu litiu de 1,5 V, fabricate în format standard AA și AAA - pot fi folosite în orice tehnică concepută pentru bateriile obișnuite cu sare sau alcaline. Principalul avantaj al bateriilor cu litiu este rezistența lor internă mai mică în comparație cu cele alcaline: capacitatea lor depinde puțin de curentul de sarcină. Prin urmare, deși la un curent scăzut atât bateriile alcaline, cât și bateriile cu litiu au aceeași capacitate de 3 A*h, dacă le pui într-o cameră digitală care consumă 1 A, atunci cele alcaline vor „morri” în treizeci de minute, dar bateriile cu litiu vor trăiesc aproape trei ore.
Dezavantajul bateriilor cu litiu este costul ridicat: nu numai că litiul în sine este scump, dar și din cauza pericolului de aprindere atunci când apa intră, designul bateriei se dovedește a fi mult mai complicat în comparație cu cele alcaline. Drept urmare, o baterie cu litiu costă 100-150 de ruble, adică de trei până la cinci ori mai scumpă decât o baterie alcalină foarte bună. Aproximativ la fel costă o baterie Ni-MH, care are caracteristici de descărcare asemănătoare bateriilor cu litiu, dar poate supraviețui la câteva sute de cicluri de încărcare-descărcare - prin urmare, achiziționarea de baterii cu litiu este justificată doar atunci când nu ai nicăieri, nu ai timp sau nimic de încărcați bateriile convenționale.
Da, din moment ce vorbim de cicluri de incarcare, trebuie spus ca este absolut imposibil sa incerci sa incarci bateriile cu litiu! Dacă o baterie obișnuită alcalină sau cu sare, atunci când încearcă să o încarce, poate, cel mult, să se scurgă pur și simplu, atunci bateriile cu litiu sigilate explodează atunci când sunt încărcate.
De asemenea, pe lângă caracteristicile bune de descărcare, bateriile cu litiu au încă două avantaje, de regulă, nu foarte semnificative: durabilitatea (perioada de depozitare admisă ajunge la 15 ani, în timp ce bateria va pierde doar 10% din capacitatea sa) și capacitatea de a funcționează la temperaturi negative, atunci când bateriile saline și alcaline, electrolitul pur și simplu îngheață.
Baterii nichel-cadmiu (Ni-Cd).
Principala alternativă la baterii sunt bateriile - surse de curent, procesele chimice în care sunt reversibile: atunci când bateria este conectată la sarcină, acestea merg într-o direcție, iar când i se aplică tensiune, în sens opus. Astfel, dacă bateria după utilizare trebuie aruncată și achiziționată una nouă, atunci bateria poate fi încărcată la capacitatea sa originală completă (sau aproape plină).
Vom lua în considerare bateriile utilizate în echipamentele electronice ușoare de consum - prin urmare, bateriile grele (atât la propriu, cât și la figurat) plumb-acid care se găsesc în mașini, sursele de alimentare neîntreruptibile și alte dispozitive cu consum mare de energie și fără restricții speciale de greutate și dimensiuni, depășesc imediat articolul nostru de azi. Dar vom acorda mult mai multă atenție diferitelor tipuri de baterii cu nichel...
Primele baterii cu nichel - mai precis, nichel-cadmiu - au fost create de omul de știință suedez Waldmar Jungner încă din 1899, dar la acea vreme erau relativ scumpe și, în plus, nu erau sigilate: la încărcare, bateria degaja gaz. . Abia la mijlocul secolului trecut a fost posibilă crearea unei baterii nichel-cadmiu cu ciclu închis: gazele eliberate în timpul încărcării au fost absorbite de bateria însăși.
Bateriile cu nichel-cadmiu sunt fiabile și durabile (pot fi depozitate până la cinci ani și încărcate de până la 1000 de ori dacă sunt utilizate corect), funcționează bine la temperaturi scăzute și pot rezista cu ușurință la curenți mari de descărcare și pot fi încărcate atât la temperaturi scăzute. și curenți mari.
Cu toate acestea, au și o mulțime de dezavantaje. În primul rând, o densitate de energie relativ scăzută (adică raportul dintre capacitatea celulei și volumul său), în al doilea rând, un curent de auto-descărcare vizibil (după câteva luni de depozitare, bateria va trebui să fie reîncărcată înainte de utilizare), în al treilea rând, utilizarea cadmiului otrăvitor în structură și, în al patrulea rând, efectul de memorie.
Merită să ne oprim pe acesta din urmă mai detaliat, deoarece atunci când vorbim despre baterii, ne vom aminti de mai multe ori. Efectul de memorie este o consecință a unei încălcări a structurii interne a bateriei: cristalele încep să crească în ea, reducând suprafața efectivă și, în consecință, capacitatea bateriei. Efectul și-a primit numele datorită faptului că cristalele cresc mai ales rapid când bateria nu este complet descărcată: pare să-și amintească la ce nivel a fost descărcată ultima dată - dacă bateria a fost descărcată, să zicem, doar 25%, atunci următoarea încărcarea îi va restabili capacitatea nu este de până la 100%, ci mai mică. Pentru a combate efectul de memorie, se recomandă descărcarea completă a bateriei înainte de încărcare - aceasta distruge cristalele formate și restabilește capacitatea bateriei. Dintre tipurile de baterii disponibile, bateriile cu nichel-cadmiu sunt cele mai susceptibile la efectul de memorie.
Cu toate acestea, în unele cazuri, utilizarea bateriilor cu nichel-cadmiu este justificată acum - datorită costului scăzut, durabilității și capacității de a se încărca la temperaturi scăzute, fără consecințe negative pentru baterie.
Baterii cu hidrură metalică de nichel (Ni-MH).
În ciuda apropierii apropiate de pe rafturile magazinelor, din punct de vedere istoric, există o prăpastie între bateriile Ni-Cd și Ni-MH: acestea din urmă au fost dezvoltate abia în anii 1980. Interesant este că posibilitatea de a stoca hidrogen pentru bateriile cu nichel-hidrogen utilizate în tehnologia spațială a fost investigată inițial, dar ca rezultat am obținut unul dintre cele mai comune tipuri de baterii din viața de zi cu zi.
Spre deosebire de bateriile nichel-cadmiu, bateriile nichel-hidrură metalică nu conțin metale grele, ceea ce înseamnă că sunt inofensive pentru mediu și nu necesită o prelucrare specială în timpul eliminării. Cu toate acestea, acesta este departe de singurul lor plus: din punctul de vedere al consumatorilor, adică tu și eu, este mult mai important ca, cu aceleași dimensiuni, bateriile Ni-MH să aibă o capacitate de două până la trei ori mai mare - pentru cele mai comune baterii AA ajunge până la 2500-2700 mA * h față de 800-1000 mA * h pentru nichel-cadmiu.
Mai mult, bateriile Ni-MH suferă cu greu de efect de memorie. Mai exact, producatorii ii reduc influenta an de an – si prin urmare, desi teoretic efectul este prezent si in bateriile Ni-MH, in practica este nesemnificativ la modelele moderne. Cu toate acestea, nu ne vom baza pe producători pentru toate, iar într-unul dintre următoarele articole vom încerca să evaluăm singuri efectul efectului de memorie.
Din păcate, bateriile Ni-MH au propriile lor probleme. În primul rând, au un curent de autodescărcare mai mare (totuși, despre asta vom vorbi din nou puțin mai jos) în comparație cu Ni-Cd, iar în al doilea rând, deși numărul de cicluri de reîncărcare poate ajunge și la 1000, o scădere a capacității bateriei poate fi observat deja după 200-300 de cicluri, în al treilea rând, curenții de descărcare prea mari și încărcarea la temperaturi scăzute scurtează vizibil durata de viață a bateriei.
Cu toate acestea, în ceea ce privește combinația de caracteristici - cost, fiabilitate, capacitate, ușurință de întreținere - în prezent, bateriile Ni-MH sunt printre cele mai bune, ceea ce a dus la utilizarea lor într-o masă uriașă de dispozitive de uz casnic.
Recent, pe piață au apărut și așa-numitele baterii Ni-MH „Ready To Use”. Ele diferă de cele obișnuite printr-un curent scăzut de auto-descărcare - producătorul asigură că în șase luni bateria nu va pierde mai mult de 10% din capacitatea sa, iar într-un an - nu mai mult de 15% (pentru comparație, un Ni obișnuit). -Bateria MH se va descărca cu 20 ... 30% într-o lună, iar timp de un an - până la zero). De aici și numele: în timp ce încă sunt încărcate de producător, aceste baterii nu vor avea timp să se descarce complet înainte de a le cumpăra din magazin, ceea ce înseamnă că pot fi folosite fără încărcare prealabilă, imediat după cumpărare. Dezavantajul unor astfel de baterii este capacitatea lor mai mică - o celulă de dimensiune AA are o capacitate de 2000 ... 2100 mA * h față de 2600 ... 2700 mA * h pentru bateriile convenționale Ni-MH.
Încărcătoare pentru baterii Ni-Cd și Ni-MH
Principiile de încărcare a bateriilor Ni-Cd și Ni-MH sunt foarte asemănătoare - din acest motiv, încărcătoarele moderne, de regulă, acceptă ambele tipuri simultan. Metodele de încărcare și, în consecință, tipurile de încărcătoare pot fi împărțite în patru grupuri. În acest caz, în toate cazurile, vom indica curentul de încărcare prin capacitatea bateriei: de exemplu, recomandarea de a încărca cu un curent de „0,1C” înseamnă că o baterie cu o capacitate de 2700 mA*h într-un astfel de circuit corespunde unui curent de 270 mA (0,1 * 2700 = 270) și unei baterii cu o capacitate de 1400 mAh - 140 mA.Încărcare lentă cu curent 0,1C
Această metodă se bazează pe faptul că bateriile moderne pot rezista cu ușurință la supraîncărcare (adică o încercare de a le „umple” cu mai multă energie decât poate stoca bateria) dacă curentul de încărcare nu depășește 0,1C. Dacă curentul depășește această valoare, bateria se poate deteriora dacă este supraîncărcată.
În consecință, un încărcător cu curent scăzut nu are nevoie de control asupra sfârșitului încărcării: nu este nimic în neregulă cu durata excesivă a acestuia, bateria pur și simplu va disipa excesul de energie sub formă de căldură. Încărcătoarele potrivite sunt ieftine și disponibile pe scară largă. Pentru a încărca bateria, este suficient să o lăsați într-un astfel de încărcător pentru cel puțin 1,6 * C / I, unde C este capacitatea bateriei, I este curentul de încărcare. De exemplu, dacă luăm un încărcător cu un curent de 200 mA, atunci o baterie cu o capacitate de 2700 mA * h este garantată a fi încărcată în 1,6 * 2700/200 = 21 ore 36 minute. Aproape o zi ... în general, principalul dezavantaj al unor astfel de încărcătoare este evident - timpul de încărcare depășește adesea valori rezonabile.
Cu toate acestea, dacă nu vă grăbiți, un astfel de încărcător are dreptul la viață. Principalul lucru este că, dacă utilizați baterii de capacitate redusă în tandem cu un încărcător modern, verificați ca curentul de încărcare (și trebuie să fie indicat în caracteristicile încărcătorului) să nu depășească 0,1C. De asemenea, merită luat în considerare faptul că o încărcare lentă contribuie la manifestarea unui efect de memorie în baterii.
Încărcarea cu un curent de 0,2 ... 0,5C fără a monitoriza sfârșitul încărcării
Astfel de încărcătoare, deși rare, încă se găsesc - în principal printre produsele chinezești ieftine. La un curent de 0,2 ... 0,5C, fie nu au deloc controlul sfârșitului încărcării, fie au doar un cronometru încorporat care oprește bateriile după un timp specificat.
Utilizați dispozitive de stocare similare puternic descurajat: deoarece nu există control asupra sfârșitului încărcării, în majoritatea cazurilor bateria va fi sub- sau supraîncărcată, ceea ce îi va scurta semnificativ durata de viață. Dacă economisiți bani la un încărcător, veți pierde bani pe baterii.
Curent de încărcare de până la 1C cu controlul sfârșitului de încărcare
Această clasă de încărcătoare este cea mai versatilă pentru utilizarea de zi cu zi: pe de o parte, asigură încărcarea bateriei într-un timp rezonabil (de la o oră și jumătate până la patru până la șase ore, în funcție de încărcătorul și bateriile specifice), pe de altă parte , ele controlează în mod clar sfârșitul încărcării în modul automat. ...
Cea mai comună metodă de control a sfârșitului de încărcare este căderea de tensiune, denumită în mod obișnuit „metoda dV / dt”, „metoda delta negativă” sau „metoda -ΔV”. Constă în faptul că pe toată durata încărcării, tensiunea bateriei crește încet - dar când bateria își atinge capacitatea maximă, scade pentru scurt timp. Această modificare este foarte mică, dar este foarte posibil să o detectăm - și, odată găsită, să încetați încărcarea.
Mulți producători de încărcătoare indică, de asemenea, „controlul microprocesorului” în caracteristicile lor - dar, de fapt, acesta este același cu controlul delta negativ: dacă este, atunci este efectuat de un microprocesor specializat.
Controlul tensiunii nu este însă singurul disponibil: în momentul în care bateria acumulează capacitate maximă, presiunea și temperatura carcasei cresc brusc în ea, care poate fi și controlată. În practică, totuși, din punct de vedere tehnic este cel mai ușor de măsurat tensiunea, așa că alte metode de control al sfârșitului de încărcare sunt rare.
De asemenea, multe încărcătoare de înaltă calitate au două mecanisme de protecție: controlul temperaturii bateriei și un temporizator încorporat. Primul oprește încărcarea dacă temperatura depășește limita admisă, al doilea - dacă oprirea delta negativă a încărcării nu funcționează într-un timp rezonabil. Ambele se pot întâmpla dacă folosim baterii vechi sau pur și simplu de proastă calitate.
După ce s-au terminat de încărcat bateriile cu un curent mare, cele mai „rezonabile” încărcătoare le încarcă cu un curent scăzut (mai puțin de 0,1C) de ceva timp - acest lucru vă permite să obțineți capacitatea maximă posibilă de la baterii. Indicatorul de încărcare de pe dispozitiv se stinge de obicei, indicând faptul că etapa principală de încărcare s-a încheiat.
Există două probleme cu astfel de dispozitive. În primul rând, nu toate sunt capabile să „prindă” momentul căderii de tensiune cu suficientă precizie - dar, din păcate, acest lucru poate fi verificat doar empiric. În al doilea rând, deși astfel de dispozitive sunt de obicei proiectate pentru 2 sau 4 baterii, majoritatea nu știu să încarce aceste baterii în mod independent.
De exemplu, dacă instrucțiunile pentru încărcător indică faptul că poate încărca doar 2 sau 4 baterii odată (dar nu 1 sau 3), aceasta înseamnă că are doar două canale de încărcare independente. Fiecare dintre canale oferă o tensiune de aproximativ 3 V, iar bateriile sunt conectate în perechi în serie. Există două consecințe ale acestui lucru. Evident este că nu vei putea încărca o singură baterie într-un astfel de încărcător (și, să zicem, umilul tău servitor folosește zilnic un mp3 player alimentat de o singură baterie AAA). Mai puțin evident este că controlul sfârșitului încărcării este, de asemenea, efectuat numai pentru un cuplu baterii. Dacă utilizați baterii care nu sunt prea noi, atunci pur și simplu din cauza răspândirii tehnologice, unele dintre ele vor îmbătrâni puțin mai devreme decât altele - și dacă două baterii cu grade diferite de îmbătrânire sunt prinse într-o pereche, atunci un astfel de încărcător va fie subîncărcați unul dintre ele, fie reîncărcați-l pe celălalt. Desigur, acest lucru nu va face decât să exacerbeze rata de îmbătrânire a celor mai răi dintre pereche.
Un încărcător „corect” ar trebui să vă permită să încărcați un număr arbitrar de baterii - una, două, trei sau patru - și, în mod ideal, să aveți și un indicator de sfârșit de încărcare separat pentru fiecare dintre ele (în caz contrar, indicatorul se stinge când ultima baterie este taxat). Doar in acest caz vei avea cateva garantii ca fiecare dintre baterii va fi incarcata la capacitate maxima, indiferent de starea celorlalte baterii. Indicatorii de încărcare separați vă permit și să prindeți bateriile defectate prematur: dacă dintre cele patru celule folosite împreună, una se încarcă mult mai mult sau mult mai repede decât celelalte, atunci va fi veriga slabă a întregii baterii.
Încărcătoarele multicanal au o altă caracteristică drăguță: în multe dintre ele, atunci când încărcați jumătate din numărul bateriilor, puteți alege viteza de încărcare. De exemplu, încărcătorul Sanyo NC-MQR02, conceput pentru patru baterii AA, la încărcarea unuia sau a două baterii, vă permite să alegeți un curent de încărcare între 1275 mA (la instalarea bateriilor în fantele exterioare) și 565 mA (la instalarea acestora în fantele centrale). Când sunt instalate trei sau patru baterii, acestea sunt încărcate cu un curent de 565 mA.
Pe langa usurinta in utilizare, incarcatoarele de acest tip sunt si cele mai „utile” pentru baterii: incarcarea cu un curent mediu cu control al terminarii incarcarii prin delta negativ este optima din punctul de vedere al cresterii duratei de viata a bateriei.
O subclasă separată de încărcătoare rapide este un încărcător cu descărcare preliminară a bateriei. Acest lucru se face pentru a combate efectul de memorie și poate fi foarte util pentru bateriile Ni-Cd: încărcătorul se va asigura că mai întâi sunt complet descărcate, iar abia după aceea va începe încărcarea. Pentru Ni-MH-urile moderne, o astfel de pregătire nu mai este necesară.
Încărcare cu un curent mai mare de 1C cu controlul sfârșitului încărcării
Și în sfârșit, ultima metodă este o încărcare ultra-rapidă, care durează de la 15 minute până la o oră, cu control al încărcării, din nou în funcție de delta tensiunii negative. Astfel de încărcătoare au două avantaje: în primul rând, obțineți bateriile încărcate aproape instantaneu, iar în al doilea rând, o încărcare super-rapidă vă permite să evitați în mare măsură efectul de memorie.
Cu toate acestea, există și dezavantaje. În primul rând, nu toate bateriile rezistă bine la o încărcare rapidă: modelele de calitate insuficientă cu rezistență internă ridicată se pot supraîncălzi în acest mod până când nu se defectează. În al doilea rând, o încărcare foarte rapidă (15 minute) poate afecta negativ durata de viață a bateriei - din nou, din cauza încălzirii excesive în timpul încărcării. În al treilea rând, o astfel de încărcare „umple” bateria doar până la 90 ... 95% din capacitate - după care, pentru a ajunge la 100% din capacitate, este necesară o încărcare suplimentară cu un curent scăzut (totuși, majoritatea încărcătoarelor rapide efectuează-l).
Cu toate acestea, dacă aveți nevoie de încărcare ultra-rapidă a bateriei, achiziționarea unui încărcător de „15 minute” sau „jumătate de oră” este o opțiune bună. Desigur, trebuie să utilizați doar baterii de înaltă calitate de la producători mari cu el și, de asemenea, să excludeți în timp util pe cele învechite din baterii.
Dacă sunteți mulțumit de durata de încărcare de câteva ore, atunci încărcătoarele descrise în secțiunea anterioară cu un curent de încărcare mai mic de 1C și controlul sfârșitului de încărcare printr-un delta de tensiune negativă rămân optime.
O problemă separată este compatibilitatea încărcătoarelor cu diferite tipuri de baterii. Încărcătoarele pentru Ni-MH și Ni-Cd, de regulă, sunt universale: oricare dintre ele poate încărca baterii de fiecare dintre aceste două tipuri. Încărcătoarele pentru baterii Ni-MH cu sfârșitul încărcării la delta tensiunii negative, chiar dacă acest lucru nu este specificat direct pentru ele, pot funcționa cu baterii Ni-Cd, dar, din păcate, dimpotrivă. Ideea aici este că saltul de tensiune, aceeași deltă negativă, în Ni-MH este vizibil mai mică decât cea a Ni-Cd, așa că nu orice încărcător reglat să funcționeze cu Ni-Cd va putea „simți” acest salt pe Ni -MH...
Pentru alte tipuri de baterii, inclusiv litiu-ion și plumb-acid, aceste încărcătoare nu sunt potrivite în principiu - astfel de baterii au o schemă de încărcare complet diferită.
Metodologia de testare
În procesul de testare a bateriilor și celulelor galvanice în laboratorul nostru, măsurăm următorii parametri, care sunt cei mai importanți pentru a determina atât calitatea celulelor (adică conformitatea lor cu promisiunile producătorului), cât și o zonă rezonabilă de utilizare. :
capacitate la diferite moduri de descărcare;
valoarea rezistenței interne;
valoarea de autodescărcare (numai pentru baterii);
efect de memorie (numai pentru baterii).
Partea principală a bancului de testare este, desigur, o sarcină reglabilă, care permite descărcarea a până la patru acumulatori sau baterii la un anumit curent în același timp.
Pentru a controla tensiunea tuturor celor patru elemente, se folosește un înregistrator digital Velleman PCS10, care este conectat la un computer printr-o interfață USB. Eroarea de măsurare nu este mai mare de 1% (eroarea intrinsecă a reportofonului este de 3%, dar calibrăm suplimentar fiecare dintre canalele sale, făcând corecțiile corespunzătoare la datele finale), discretitatea de măsurare a tensiunii este de 12 mV, frecvența de măsurare este de 250 ms.
Schema de instalare este destul de simplă: acestea sunt patru stabilizatoare de curent separate, realizate pe amplificatorul operațional LM324 (acest microcircuit este format doar din patru amplificatoare operaționale într-un singur pachet) și tranzistoare cu efect de câmp IRL3502. Toți stabilizatorii sunt controlați de un rezistor variabil cu mai multe ture, astfel încât curentul pe ei este setat în același timp - acest lucru simplifică setarea instalației pentru un test specific și minimizează eroarea de setare manuală a curentului. Limite posibile de modificare a sarcinii - de la 0 la 3 A pentru fiecare baterie.
Pentru a măsura tensiunea pe un alt microcircuit LM324, sunt asamblate patru amplificatoare diferențiale ale căror intrări sunt conectate direct la contactele blocului în care sunt instalate bateriile - acest lucru elimină complet eroarea introdusă de pierderile pe firele de conectare. De la ieșirile amplificatoarelor diferențiale, semnalul ajunge la reportofon.
În plus, circuitul conține un generator de unde pătrate, care nu este prezentat în figura de mai sus, care pornește periodic și apoi deconectează complet sarcina. Durata „zerului” la ieșirea generatorului este de 6,0 s, durata „unui” este de 2,25 s. Generatorul vă permite să testați bateriile în modul de funcționare cu o sarcină pulsată și, în special, să determinați rezistența lor internă.
De asemenea, figura de mai sus nu arată circuitul de alimentare al instalației: este conectat la sursa de alimentare a computerului, tensiunea de ieșire (+12 V) este redusă la +9 V de un stabilizator pe microcircuitul 78L09, iar - Tensiunea de 9 V necesară pentru alimentarea bipolară a amplificatorului operațional este formată de un convertor capacitiv pe microcircuitul ICL7660. Cu toate acestea, acestea sunt deja nuanțe nesemnificative, pe care le discutăm doar pentru a avertiza în prealabil întrebările despre corectitudinea măsurătorilor, care pot apărea de la cititorii cunoscători în electronică.
Pentru a răci tranzistoarele de putere, șunturile de feedback și bateriile efective testate, întreaga instalație este suflată de un ventilator standard de 12 volți de dimensiunea 80x80x20 mm.
A fost scris un program special pentru a primi și a procesa automat datele de la înregistrator - din fericire, Velleman furnizează SDK-uri și seturi de bibliotecă foarte ușor de utilizat pentru multe dintre dispozitivele sale. Programul permite in timp real sa se construiasca grafice ale tensiunii de pe baterii in functie de timpul scurs de la inceputul testului, precum si sa se calculeze - la finalul testului - capacitatea acestora. Acesta din urmă, evident, este egal cu produsul dintre curentul de descărcare și timpul în care elementul a atins limita inferioară de tensiune.
Limita este aleasă în funcție de tipul elementului și de condițiile de descărcare. Pentru bateriile la curenți scăzuti, acesta este 1,0 V - este pur și simplu imposibil să le descărcați mai jos, deoarece acest lucru poate duce la deteriorarea ireversibilă a celulei; la curenți mari, limita inferioară este redusă la 0,9 V pentru a ține cont în mod corespunzător de rezistența internă a bateriei.
Pentru baterii, două limite de descărcare au un sens practic. Pe de o parte, un element este considerat complet gol dacă tensiunea pe el a scăzut la 0,7 V - prin urmare, este logic să măsurați capacitatea exact după atingerea acestui nivel. Pe de altă parte, nu toate dispozitivele alimentate cu baterie sunt capabile să funcționeze la tensiuni sub 0,9 V, deci este practic și atunci când bateria este descărcată la acel nivel. În testele noastre, vom da ambele aceste valori - deși multe elemente, care au atins nivelul de 1,0 V, apoi s-au descărcat foarte repede, există cele care țin între 0,7 V și 0,9 V pentru o perioadă relativ lungă de timp.
Deci, după instalarea bateriilor, setarea curentului necesar și pornirea reportofonului, începem testarea. Pentru fiecare tip de baterii au fost selectate mai multe moduri de descărcare pentru a obține rezultate cât mai interesante și caracteristice.
Pentru baterii, acestea sunt:
descărcare de curent continuu scăzut: 250 mA pentru celule AA, 100 mA pentru celule AAA;
descărcare cu curent continuu mare: 750 mA pentru celule AA, 300 mA pentru celule AAA;
Pentru bateriile Ni-MH, acestea sunt:
descărcare de curent continuu scăzut: 500 mA pentru celule AA, 200 mA pentru celule AAA;
descărcare cu curent continuu mare: 2500 mA pentru celule AA, 1000 mA pentru format AAA;
descărcare cu un curent pulsat: durata impulsului 2,25 s, durata pauzei 6,0 s, amplitudinea curentului 2500 mA pentru celulele AA și 1000 mA pentru celulele AAA.
Pentru bateriile Ni-Cd AA, modurile de descărcare sunt selectate la fel ca pentru bateriile Ni-MH AAA - ținând cont de capacitatea nominală similară a primului și celui de-al doilea.
Dacă la testarea bateriilor totul este simplu - am despachetat pachetul, am introdus bateria în instalație, am început testul - atunci bateriile trebuie pregătite în prealabil, deoarece toate, cu excepția seriei „Ready To Use” menționate mai sus, sunt complet descărcate la momentul achiziției. Prin urmare, testarea bateriei a fost efectuată strict conform următoarei scheme;
măsurarea capacității reziduale la curent scăzut (numai pentru modelele „Ready To Use”);
încărcător;
descărcare cu un curent mare fără a măsura capacitatea (antrenament);
încărcător;
descărcare de curent mare cu măsurarea capacității;
încărcător;
descărcarea curentului de impuls cu măsurarea capacității;
încărcător;
descărcare de curent scăzut cu măsurarea capacității;
încărcător;
expunere timp de 7 zile;
descărcare de curent scăzut cu măsurarea capacității - apoi se compară rezultatul cu cel obținut în pasul precedent și se calculează procentul de pierdere de capacitate datorată autodescărcării timp de 1 săptămână;
În testele bateriei, folosim câte o celulă din fiecare marcă în fiecare etapă. În testele bateriei - cel puțin două celule de fiecare marcă.
Folosim încărcătorul Sanyo NC-MQR02 pentru a încărca bateriile.
Acesta este un încărcător de încărcare rapidă cu tensiune delta negativă și control al temperaturii bateriei, care vă permite să încărcați de la una până la patru (în orice combinație) baterii AA, precum și una sau două baterii AAA. Primul poate fi încărcat atât cu un curent de 565 mA, cât și cu 1275 mA (dacă nu sunt mai mult de două baterii), cel din urmă cu un curent de 310 mA pe celulă. Timp de câțiva ani de utilizare regulată, acest încărcător și-a dovedit în mod convingător eficiența ridicată și compatibilitatea cu orice baterii, ceea ce l-a făcut o alegere pentru testare. Pentru a evita pierderea capacității din cauza autodescărcării, în toate testele, cu excepția testului de autodescărcare în sine, bateriile sunt încărcate imediat înainte de începerea măsurătorilor.
Măsurătorile la curent continuu oferă o imagine logică (un exemplu este prezentat în graficul de mai sus): tensiunea între elemente scade rapid în primele minute ale testului, apoi atinge un nivel mai mult sau mai puțin constant și chiar la sfârșitul testează, la ultimul procent de încărcare, scade rapid din nou.
Măsurătorile pe curent pulsat sunt oarecum mai puțin obișnuite. Figura de mai sus arată o secțiune mult mărită a graficului obținut într-un astfel de test: scăderile de tensiune pe acesta corespund cu pornirea sarcinii, crește până la deconectare. Din acest grafic este ușor de calculat rezistența internă a bateriei: după cum puteți vedea, cu o amplitudine a curentului de 2,5 A, tensiunea scade cu 0,1 V - în consecință, rezistența internă este de 0,1 / 2,5 = 0,04 Ohm = 40 mΩ . Importanța acestui parametru va deveni mai clară din articolele noastre ulterioare, în care vom compara diferite tipuri de baterii și acumulatori între ele - deocamdată, vom observa doar că o rezistență internă mare provoacă nu numai o „scădere” a tensiunii sub sarcina, dar si o pierdere de energie acumulata in baterii.sa se incalzeasca.
La scară completă, impulsurile se îmbină între ele într-o bandă continuă, a cărei limită superioară corespunde tensiunii pe elementul de alimentare fără sarcină, cea inferioară - cu sarcina. Prin forma acestei benzi, se poate estima nu numai timpul de funcționare al celulei sub o sarcină puternică de impuls, ci și dependența rezistenței sale interne de adâncimea de descărcare: de exemplu, după cum puteți vedea, rezistența unui Bateria Sony Ni-MH este aproape constantă și începe să crească numai atunci când este complet descărcată. ... Bun rezultat.
După cum probabil că mulți dintre cititorii noștri vor observa, am ales moduri de descărcare foarte dure: curentul de 2,5 A este foarte mare, iar pauza de 6 secunde dintre impulsuri nu oferă elementului o „odihnă” adecvată, le poate restabili parțial capacitatea. ). Cu toate acestea, acest lucru a fost făcut intenționat pentru a arăta cât mai clar și clar diferențele dintre bateriile de diferite tipuri și de diferite calități. Pentru a ne apropia de condițiile reale de funcționare mai blânde, precum și de condițiile în care producătorii de baterii își măsoară capacitatea, am adăugat la testare moduri de descărcare cu un curent constant relativ mic.
Apropo, producătorii înșiși indică de obicei modurile de descărcare în același mod ca și cele de încărcare - proporțional cu capacitatea celulei. De exemplu, măsurătorile standard ale capacității bateriei ar trebui să fie efectuate la un curent de 0,2C - adică 540 mA pentru o baterie de 2700 mAh, 500 mA pentru o baterie de 2500 mAh și așa mai departe. Cu toate acestea, deoarece bateriile cu același factor de formă din testele noastre sunt destul de asemănătoare ca caracteristici, am decis să le testăm la curenți fix care nu depind de capacitatea pașaportului unui anumit specimen - acest lucru simplifică foarte mult prezentarea și compararea rezultatelor. .
Și din moment ce vorbim despre capacitate, merită menționat o parte din înșelăciunea unei astfel de unități general acceptate precum amperi-ora. Faptul este că energia stocată în baterie este determinată nu numai de cât timp a menținut curentul dat, ci și de tensiunea de pe aceasta în același timp - deci, este destul de evident că o baterie cu litiu cu o capacitate de 3 A * h și o tensiune de 3 V este capabilă să stocheze de două ori mai multă energie decât o baterie cu o capacitate de același 3 A * h, dar cu o tensiune de 1,5 V. Prin urmare, este mai corect să indicați capacitatea nu în amperi-ore, dar în wați-oră, obținându-le prin integrala dependenței tensiunii de baterie de descărcarea timpului la curentul său constant. Pe lângă faptul că ține cont în mod natural de diferitele tensiuni de funcționare ale diferitelor elemente, această tehnică vă permite, de asemenea, să luați în considerare cât de bine un anumit element a menținut tensiunea sub sarcină. De exemplu, dacă două baterii au fost descărcate la 0,7 V în 60 de minute, dar prima a rămas la 1,1 V în cea mai mare parte a timpului, iar a doua - la 0,9 V, este destul de evident că prima are o capacitate reală mare - în ciuda faptului că timpul final de descărcare este același. Acest lucru este deosebit de important în lumina faptului că majoritatea dispozitivelor electronice moderne nu consumă o constantă actualși constantă putere- iar elementele cu tensiune înaltă în ele vor funcționa în moduri mai favorabile.
Apropierea de practică: exemple de consum de energie
Desigur, pe lângă testarea abstractă a bateriilor pe o sarcină controlată, eram interesați de modul în care dispozitivele reale consumă curent. Pentru a clarifica această problemă, ne-am uitat în jurul spațiului din jur și am selectat aleatoriu un set de articole alimentate cu diferite baterii.
Doar o parte din acest set
Dacă dispozitivul consuma curent mai mult sau mai puțin constant, măsurătorile au fost efectuate cu un multimetru digital convențional Uni-Trend UT70D în modul ampermetru. Dacă consumul de curent s-a modificat foarte mult, atunci l-am măsurat prin conectarea unui șunt de rezistență scăzută între dispozitiv și bateriile care îl alimentează, căderea de tensiune peste care a fost înregistrată de osciloscopul Velleman PCSU1000.
Rezultatele sunt prezentate în tabelul de mai jos:
Ei bine, printre dispozitivele noastre au fost și unele destul de „lacomi” - o lanternă, o cameră și o lanternă cu o lampă incandescentă. Dacă acesta din urmă a consumat cei 700 mA alocați în mod constant și neîntrerupt, atunci în primele două natura consumului de energie s-a dovedit a fi mai interesantă.
Diviziunea verticală pe oscilogramele de mai jos este egală cu 200 mA, zero corespunde primei diviziuni de jos.
aparat foto
Valoarea diviziunii formei de undă - 200 mA
În modul normal, Canon PowerShot A510, alimentat de două celule AA, a consumat aproximativ 800 mA - mult, dar nici un record. Cu toate acestea, atunci când sunt pornite (primul grup de vârfuri înguste de pe oscilogramă), mișcarea lentilei (al doilea grup de vârfuri) și focalizarea (al treilea grup), curentul poate crește de mai mult de o dată și jumătate, în sus la 1,2 ... 1,4 A. Interesant, imediat după apăsarea „declanșatorului”, consumul de energie al camerei a scăzut - atunci când înregistrați un cadru nou capturat pe o unitate flash, ecranul oprește automat. Cu toate acestea, de îndată ce cadrul a fost înregistrat, consumul a crescut înapoi la 800 mA.
Bliț foto
Valoarea diviziunii formei de undă - 100 mA
Blițul foto Pentax AF-500FTZ (patru celule în format AA) a consumat curent și mai interesant: a fost aproape zero în perioadele dintre incendii, a crescut instantaneu la 700 mA imediat după declanșare (un astfel de moment este surprins pe oscilograma de mai sus), după care timp de 10. ..15 secunde au scăzut treptat înapoi la zero (linia ruptă a oscilogramei s-a datorat faptului că blițul consumă curent cu o frecvență de aproximativ 6 kHz). În același timp, blițul a arătat o relație clară între timpul de dezintegrare a curentului și tensiunea elementelor care îl alimentează: deoarece a trebuit să acumuleze o anumită energie de fiecare dată, cu cât tensiunea de alimentare a scăzut mai mult sub sarcină, cu atât a durat mai mult timp. pentru a acumula rezerva necesară. Acest lucru, apropo, ilustrează bine unul dintre rolurile rezistenței interne a bateriilor - cu cât este mai mică, cu atât tensiunea va scădea mai puțin, toate celelalte lucruri fiind egale și cu atât mai repede puteți face următoarea fotografie cu blițul.
În următoarele articole, în care vom lua în considerare tipuri și cazuri specifice de baterii și acumulatori, o idee aproximativă a nevoilor de energie ale diferitelor dispozitive ne va ajuta să stabilim care dintre baterii sunt potrivite pentru acestea.