Анализ конструктивных схем аккумуляторных батарей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 22 августа, печатный экземпляр отправим 9 сентября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Анализ конструктивных схем аккумуляторных батарей / Н. А. Кузьмин, П. В. Чусов, И. В. Сытник [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 8 (298). — С. 34-39. — URL: https://moluch.ru/archive/298/67677/ (дата обращения: 08.08.2020).



Статья раскрывает сущность аккумуляторных батарей, преимущества и недостатки использования различных аккумуляторных батарей. Кроме того, описывается проблема, связанная правильным выбором аккумуляторных батарей.

Ключевые слова: аккумуляторные батарей, выбор аккумуляторных батарей.

Толчком к созданию первого аккумулятора послужил прообраз аккумулятора, который в отличие от батареи (рис.1) Алессандро Вольты много кратно заряжался, был он создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея (рис.2) представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества [1].

batareya

Рис. 1. Первая батарейка Алессандра Вольта

007

Рис. 2. Аккумулятор Иоганна Вильгельма Риттера

Источником постоянного тока, который накапливает и хранит энергию является аккумуляторная батарея. Большинство существующих аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батареею. Принцип работы аккумуляторной батареи приведен на (рис.3).

C:\Users\Никита\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\unnamed.jpg

Рис. 3. Работа аккумуляторной батареи

Аккумулятор представляет собой емкость, наполненную электролитом, где размещаются свинцовые электроды. Электролит в свою очередь состоит из раствора серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, а вторая из диоксида свинца PbO2. При взаимодействии электродов с электролитом возникает разность потенциалов.

Принцип работы аккумуляторов основан на электрохимической реакции свинца и диоксида свинца в одном растворе серной кислоты. При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца [2].

Современный мир сложно представить без резервных источников питания на основе батарей. Как известно аккумуляторы применяются всюду, начиная от бытовых устройств: пульты управления, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, атомной энергетикой (рис.4).

C:\Users\Никита\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\televizor-ne-reagiruet-na-pult-1.jpg

C:\Users\Никита\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\af545f991ebba92d537b4768c7526747_i-1.jpg

why-battery-no-charging-02

155248109114510971

C:\Users\Никита\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\ustanovka_ibp.jpg

C:\Users\Никита\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\Без названия.jpg

Рис. 4. Повсеместное применение аккумуляторных батарей

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь же сильно, сколько человек необходим кислород. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды. Основные виды аккумуляторов приведены на (рис. 5)

Без имени

Рис. 5. Виды аккумуляторов

К сожалению, в настоящее время не все аккумуляторы обладают высоким потенциалом, многие из которых не способны прослужить до установленного срока службы. Однако, можно выделить ряд аккумуляторных батарей: литий — ионные (литиевые); свинцово — кислотные; никель — кадмиевые;

Литий — ионные (рис.6). Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. При разрядке аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода к положительному и, наоборот, при зарядке. В положительную сторону отмечают: высокую плотность накапливаемой энергии и разрядных токов; выдача более высоких напряжений; минимальный саморазряд; широкий диапазон рабочих температур; возможность изготовления различных форм и размеров; большой эксплуатационный ресурс. В отрицательную сторону отмечается: дороговизна аккумуляторной батареи; невосприимчив к избыточным зарядам и полному разряду; слабый заряд аккумулятора при высоких температурах; взрывоопасен.

Без имени

Рис. 6. Работа литий — ионной аккумуляторной батареи

Эффективность данных аккумуляторов на высоте, они получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий — железо — фосфатные аккумуляторы. Графическая схема работы этого подтипа имеет вид (рис.7)

катод

Рис. 7. Электрическая схема процесса разряда и заряда LiFePO4 батареи

Свинцово — кислотные (рис.8). Принцип работы основана на взаимодействии металлов и жидкости — обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Положительным является то, что данный вид аккумуляторных батарей имеет: низкий саморазряд, в 5–8 раз меньше, чем у никель кадмиевых батарей; хорошую переносимость мощных нагрузок; цена таких аккумуляторах вполне приемлемая. Отрицательным является: низкая плотность энергии в аккумуляторе, в связи с чем вес такой батареи значительно выше, чем у большинства других батарей; при низкой разрядке до 80 % в значительной мере снижается продолжительность жизни батареи.

Без имени

Рис. 8. Электрическая схема свинцово — кислотного аккумулятора

Никель — кадмиевые (рис.9). Принцип работы данного аккумулятора идентичен с предыдущими. Особенность данного аккумулятора заключается в том, что при зарядке или разрядке не происходит осыпание пластин, а следовательно, долговечность таких аккумуляторов значительно выше, однако цены на такой аккумулятор очень высокие и не каждый в состоянии приобрести такой аккумулятор. Применяют данный вид аккумуляторов в основном в промышленности, где требуется обеспечить питанием разнообразные приложения [3].

йцу

Рис. 9. Никель — кадмиевый аккумулятор

Подводя итоги, хотелось бы обратить внимание, как читателя, так и покупателя на покупку аккумуляторных батарей. В первую очередь следует исходить из бренда, а именно никогда не покупайте батареи с неизвестным именем, даже по очень низкой цене. Во вторую очередь это правильный подбор аккумуляторной батареи в сопряжении с вашим устройством. В третью очередь это ценовой критерий, он обычно зависит от бренда и характеристики самой аккумуляторной батареи. В четвертую очередь это габаритный параметр, то есть покупаемый аккумулятор обязан уместиться на штатном месте — под капотом, в багажнике или под полом, ведь будет очень досадно при покупке ошибиться на сантиметр или на два по габаритным размерам.

Литература:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %AD %D0 %BB %D0 %B5 %D0 %BA %D1 %82 %D1 %80 %D0 %B8 %D1 %87 %D0 %B5 %D1 %81 %D0 %BA %D0 %B8 %D0 %B9_ %D0 %B0 %D0 %BA %D0 %BA %D1 %83 %D0 %BC %D1 %83 %D0 %BB %D1 %8F %D1 %82 %D0 %BE %D1 %80# %D0 %98 %D1 %81 %D1 %82 %D0 %BE %D1 %80 %D0 %B8 %D1 %8F
  2. http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/2-ab/index.shtml\
  3. https://best-energy.com.ua/support/battery/414-vidy-i-tipy-akkumulyatornykh-batarej-v-podrobnostyakh#battery-info-Nickel-cadmium
Основные термины (генерируются автоматически): батарея, аккумуляторная батарея, аккумулятор, принцип работы, серная кислота, очередь, вид аккумуляторов, резервный источник питания.


Ключевые слова

аккумуляторные батарей, выбор аккумуляторных батарей

Похожие статьи

Литий-ионные аккумуляторы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Детально рассмотрен данный тип аккумуляторов и технические аспекты их функционирования, а также конструкция и принцип работы, разработанных к

Итак, литий-ионные аккумуляторы — тип химического источника тока, получивший широкое распространение в современной...

Необслуживаемые аккумуляторы для железнодорожной...

Каждая сигнальная установка автоблокировки не перегоне обеспечивается питанием от двух источников – основного и резервного. Различают две системы электропитания устройств автоблокировки – переменного тока и смешанную.

Старение батареи в электромобиле | Статья в журнале...

Электромобиль предъявляет новые требования к батарее и этот современный источник энергии удивительно хорошо справляется с этой новой обязанностью. Но мы спрашиваем: «Почему аккумуляторная батарея в наших мобильных телефонах работает только три года...

Утилизация автомобильных аккумуляторов | Статья в журнале...

В статье рассматриваются методы утилизации автомобильных аккумуляторов нескольких типов.

Элементы свинцово-кислотной батареи рециркулируются довольно просто. Сначала корпус батареи вскрывают, и электролит серной кислоты сливается.

Устройство автомобильной аккумуляторной батареи. Недостатки...

Автомобильный аккумулятор (точнее — автомобильная аккумуляторная батарея [сокр. автомобильная АКБ]) — тип электрического аккумулятора, применяемый на автомобильном или мототранспорте. Используется в качестве вспомогательного источника электроэнергии в...

Обзор методов оценки заряженности стартерных...

Аккумуляторные батареи являются наиболее надежным источником питания вторичных устройств, так как они обеспечивают. Рис. 1. Удельное внутреннее сопротивление аккумуляторов. Рис. 2. Зависимость срока службы аккумулятора от температуры электролита.

Расчет емкости аккумуляторных батарей | Статья в журнале...

Ключевые слова: аккумуляторные батареи, емкость, ветроэнергетика.

Достижение нормального режима работы систем автономного питания с применением альтернативных

Бубенчиков, А. А. Выбор аккумуляторных батарей для систем автономного питания / А. А...

Аккумуляторы тепловой энергии и их применение

Вопросы энергосбережения и энергоэффективности вызывают все больший интерес с каждым годом во всем мире. Аккумулирование энергии позволяет сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы основного источника энергии.

Надёжный аккумуляторный резерв систем железнодорожной...

Для работы аккумуляторной батареи в буферном режиме и непосредственного питания релейных цепей сигнальных точек автоблокировки, входных светофоров, автоматических переездных сигнализаций в середине прошлого столетия использовались выпрямители типа...

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

В основе пристального внимания специалистов к солнечной энергии лежит озабоченность скорым истощением запасов традиционных видов топлива. Особое внимание уделяется практическому использованию этого вида энергии для горячего водоснабжения и отопления...

Похожие статьи

Литий-ионные аккумуляторы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Детально рассмотрен данный тип аккумуляторов и технические аспекты их функционирования, а также конструкция и принцип работы, разработанных к

Итак, литий-ионные аккумуляторы — тип химического источника тока, получивший широкое распространение в современной...

Необслуживаемые аккумуляторы для железнодорожной...

Каждая сигнальная установка автоблокировки не перегоне обеспечивается питанием от двух источников – основного и резервного. Различают две системы электропитания устройств автоблокировки – переменного тока и смешанную.

Старение батареи в электромобиле | Статья в журнале...

Электромобиль предъявляет новые требования к батарее и этот современный источник энергии удивительно хорошо справляется с этой новой обязанностью. Но мы спрашиваем: «Почему аккумуляторная батарея в наших мобильных телефонах работает только три года...

Утилизация автомобильных аккумуляторов | Статья в журнале...

В статье рассматриваются методы утилизации автомобильных аккумуляторов нескольких типов.

Элементы свинцово-кислотной батареи рециркулируются довольно просто. Сначала корпус батареи вскрывают, и электролит серной кислоты сливается.

Устройство автомобильной аккумуляторной батареи. Недостатки...

Автомобильный аккумулятор (точнее — автомобильная аккумуляторная батарея [сокр. автомобильная АКБ]) — тип электрического аккумулятора, применяемый на автомобильном или мототранспорте. Используется в качестве вспомогательного источника электроэнергии в...

Обзор методов оценки заряженности стартерных...

Аккумуляторные батареи являются наиболее надежным источником питания вторичных устройств, так как они обеспечивают. Рис. 1. Удельное внутреннее сопротивление аккумуляторов. Рис. 2. Зависимость срока службы аккумулятора от температуры электролита.

Расчет емкости аккумуляторных батарей | Статья в журнале...

Ключевые слова: аккумуляторные батареи, емкость, ветроэнергетика.

Достижение нормального режима работы систем автономного питания с применением альтернативных

Бубенчиков, А. А. Выбор аккумуляторных батарей для систем автономного питания / А. А...

Аккумуляторы тепловой энергии и их применение

Вопросы энергосбережения и энергоэффективности вызывают все больший интерес с каждым годом во всем мире. Аккумулирование энергии позволяет сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы основного источника энергии.

Надёжный аккумуляторный резерв систем железнодорожной...

Для работы аккумуляторной батареи в буферном режиме и непосредственного питания релейных цепей сигнальных точек автоблокировки, входных светофоров, автоматических переездных сигнализаций в середине прошлого столетия использовались выпрямители типа...

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

В основе пристального внимания специалистов к солнечной энергии лежит озабоченность скорым истощением запасов традиционных видов топлива. Особое внимание уделяется практическому использованию этого вида энергии для горячего водоснабжения и отопления...

Задать вопрос