Разбор слова батарейное

Эксплуатация

Ванадиевая редокс-батарея состоит из ряда элементов питания, где два электролита разделены мембраной протонного обмена. Оба электролита – на основе ванадия: электролит в положительно заряженном электроде сравнения содержит ионы VO2+ и VO2+, а в негативно заряженном – ионы V3+ и V2+. Электролит может быть создан за счет любого из нескольких процессов, включая электролитическую диссоциацию оксида ванадия (V) (V2O5) в серной кислоте (H2SO4). Раствор при работе остается крайне кислым.

В ванадиевых проточных батареях оба электрода сравнения дополнительно подключены к емкостям для хранения и насосам, чтобы очень большие объемы электролита могли циркулировать сквозь элемент. Циркуляция жидкого электролита несколько затрудняется и ограничивает использование ванадиевых проточных батарей в требующих мобильности отраслях, делая их эффективными в крупных стационарных зданиях.

Когда ванадиевая батарея заряжена, ионы VO2+ в положительно заряженном электроде сравнения превращаются в ионы VO2+, когда электроны отсоединяются от положительной клеммы батареи. Сходным образом в негативном электроде сравнения электроны преобразуют ионы V3+ в V2+. Во время разряда этот процесс происходит в обратном направлении, что дает напряжение в разомкнутой цепи в 1,41 В при 25С.

Среди других полезных свойств ванадиевых проточных батарей – очень быстрый отклик на изменения нагрузки и крайне высокая перегрузочная способность. Исследования в Университете Нового Южного Уэльса показали, что они могут достигать времени отклика в меньше половины миллисекунды при 100 % изменении нагрузки и выдерживать перегрузку в 400 % длительностью свыше 10 секунд. Время отклика в большинстве случаев ограничено электрическим оборудованием. Ванадиевые батареи на основе серной кислоты работают только при температурах в 10-40C. Если температура ниже этого диапазона – ионы серной кислоты кристаллизуются. КПД при возвратно-поступательном движении в повседневном применении сохраняется на уровне 65-75 %.

Особенности зарядки и разрядки

Энергия, используемая для восстановления ёмкости АКБ, поступает из зарядных устройств, подключённых к электрической сети. Чтобы заставить ток протекать внутри элементов, напряжение источника должно быть выше, чем у батареи. Значительное превышение расчётного зарядного напряжения может привести к выходу АКБ из строя.

Алгоритмы зарядки напрямую зависят от того, как устроен аккумулятор и к какому типу он относится. Например, некоторые батареи могут безопасно пополнять свою ёмкость от источников постоянного напряжения. Другие работают только с регулируемым источником тока, способными менять параметры в зависимости от уровня заряда.

Неверно организованный процесс заряда может повредить батарею. В крайних случаях возможно возгорание АКБ или взрыв её содержимого. Существуют интеллектуальные аккумуляторы, оснащённые устройствами контроля напряжения. Основными параметрами, которые следует учитывать при эксплуатации обращаемых гальванических батарей:

Продолжительность жизни. Даже при правильном обращении количество циклов зарядки у АКБ ограничено. Различные системы АКБ изнашиваются не всегда по одинаковым причинам. Но в целом срок жизни аккумуляторов ограничен в первую очередь количеством циклов полного разряда-заряда, а во вторую — проектным сроком службы без привязки к интенсивности использования.
Время заряда. Принципиальное устройство АКБ не предполагает зарядку при сколь угодно высокой скорости: внутреннее сопротивление гальванического элемента приведёт к преобразованию избытка зарядного тока в тепло, что может необратимо повредить устройство. С физической точки зрения, время заряда ограничено максимальной скоростью диффузии активного материала через электролит. Упрощённо можно считать, что восстановление полной ёмкости за один час — хороший показатель.
Глубина разряда. Указывается в процентах от номинальной мощности. Характеризует полезную ёмкость. Для разных типов аккумуляторов рекомендуемый уровень эксплуатационного разряда может отличаться. Из-за изменений в процессе работы или старения показатель максимальной глубины теряет первоначальное значение.

Процесс диффузии.

Благодаря процессу диффузии, выравниванию плотности электролита в полости корпуса аккумулятора и в порах активной массы пластин, электродная поляризация может сохраняться в аккумуляторе при отключении внешней цепи.

Скорость прохождения диффузии напрямую зависит от температуры электролита, чем выше температура, тем быстрее проходит процесс и может сильно отличаться по времени, от двух часов до суток. Наличие двух составляющих электродного потенциала при переходных режимах привело к разделению на равновесную и не равновесную ЭДС аккумулятора. На равновесную ЭДС аккумулятора влияет содержание и концентрация ионов активных веществ в электролите, а так же химические и физические свойства активных веществ. Главную роль в величине ЭДС играет плотность электролита и практически не влияет на неё температура. Зависимость ЭДС от плотности можно выразить формулой:

Е = 0,84 + р

Где Е – ЭДС аккумулятора (В)

Р – плотность электролита приведённая к температуре 25 гр. С (г/см3)

ЭДС аккумулятора не равна напряжению аккумулятора которое зависит от наличия или отсутствия нагрузки на его клеммах.

admin25/07/2011

Комментарий

Имя *

Сайт

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

« Тахометр с механическим приводом

Напряжение аккумулятора »

Метки

Ваз, неисправности ВАЗ Датчики Зажигание Инжектор Приборы Стартер Схемы Электрокары Электроснабжение ваз 2110 газель газель бизнес регистраторы ремонт автомобиля

Архивы

Архивы Выберите месяц Сентябрь 2019 Август 2019 Июль 2019 Декабрь 2017 Август 2017 Июль 2017 Июнь 2017 Май 2017 Апрель 2017 Март 2017 Декабрь 2016 Ноябрь 2016 Октябрь 2016 Сентябрь 2016 Август 2016 Июль 2016 Июнь 2016 Май 2016 Апрель 2016 Март 2016 Февраль 2016 Ноябрь 2015 Октябрь 2015 Август 2015 Июль 2015 Июнь 2015 Май 2015 Апрель 2015 Март 2015 Февраль 2015 Январь 2015 Декабрь 2014 Ноябрь 2014 Октябрь 2014 Сентябрь 2014 Август 2014 Июль 2014 Июнь 2014 Май 2014 Апрель 2014 Февраль 2014 Январь 2014 Декабрь 2013 Ноябрь 2013 Октябрь 2013 Август 2013 Июнь 2013 Май 2013 Март 2013 Февраль 2013 Январь 2013 Ноябрь 2012 Октябрь 2012 Сентябрь 2012 Август 2012 Июль 2012 Июнь 2012 Май 2012 Апрель 2012 Март 2012 Февраль 2012 Январь 2012 Декабрь 2011 Ноябрь 2011 Октябрь 2011 Сентябрь 2011 Август 2011 Июль 2011 Июнь 2011 Май 2011 Апрель 2011

Мы в соцсетях

Устройство и принцип работы

Батареей называют устройство, которое преобразует энергию химических реакций в электрическую. Хотя термин «батарея» и обозначает сборку из двух или более гальванических элементов, способных к такому преобразованию, в широком смысле он применяется и к единичному элементу такого типа.

Каждый такая ячейка имеет катод (положительный электрод) и анод (отрицательный). Эти электроды разделены электролитом, обеспечивающим обмен ионами между ними. Электродные материалы и состав электролита подбираются таким образом, чтобы обеспечить достаточную электродвижущую силу между клеммами батареи.

Поскольку электроды содержат ограниченный потенциал химической энергии, батарея во время работы будет истощена. Тип гальванических элементов, который приспособлен для пополнения после частичного или полного разряда, называется аккумуляторами. Сборка из таких соединённых между собой ячеек — аккумуляторной батареей. Работа АКБ предполагает циклическую смену двух состояний:

Зарядка — батарея работает в качестве приёмника электроэнергии, внутри ячеек электрическая энергия реализуется в химические изменения.
Разрядка — устройство функционирует как источник электрического тока благодаря преобразованию энергии химических реакций в электрическую.

Области применения

Сверхвысокая емкость, характерная для ванадиевых редокс-батарей, делает их отлично подходящими для использования в отраслях, требующих хранения больших объемов энергии. Например, помощь в уравновешивании объема производства таких источников энергии типа ветряной или солнечной или помощь генераторам в погашении больших скачков энергии при необходимости или уравновешивании поставок и потребности в энергии для удаленных районов.

Ограниченные характеристики саморазряда для ванадиевых редокс-батарей делают их полезными в тех отраслях, где батареи должны храниться долгое время с минимальным обслуживанием и состоянием готовности. Это привело к их употреблению в некоторых видах военной электроники, например, в датчиках системы минирования «GATOR». Их способность к полному циклу и нахождению в состоянии 0 заряда делает их подходящими для солнечной энергетики и тех отраслей, где батареи должны начинать день пустыми и заряжаться в зависимости от загрузки и погоды. К примеру, ионно-литиевые батареи зачастую повреждаются, когда им дают разрядку ниже 20 % от объема, поэтому чаще всего они работают в диапазоне от 20 до 100 %, что означает, что они могут использовать лишь 20 % своей номинальной емкости.

Их крайне быстрое время отклика также делает их практически незаменимыми для источников бесперебойного питания, где они могут использоваться вместо свинцово-кислых батарей и даже дизельных генераторов. Также быстрое время отклика делает их подходящими для управления частотой. На данный момент ни ИБП, ни меры по управлению частотой не эффективны сами по себе, но, вероятнее всего, батарея сможет найти получить применения в этих отраслях при капитализации из различных источников финансирования. Помимо этого, эти возможности делают ванадиевые редокс-батареи эффективным «цельным» решениям для малых электросетей, зависимых от надежной работы, управления частотой и нуждающихся в переключении нагрузки (как от высокой степени проникновения возобновляемых источников энергии, сильно изменяющейся нагрузки или желания оптимизировать КПД генератора с помощью смещения времени реагирования).

Крупнейшие рабочие ванадиевые редокс-батареи

Подстанция «Минами Хайакита»:

Дата запуска: декабрь 2015 года
Энергия: 60 МВт*ч
Мощность: 15 МВт
Время работы: 4 часа
Страна: Япония

Вонюши, провинция Ляонин

Дата запуска: н/д
Энергия: 10 МВт*ч
Мощность: 5 МВт
Время работы: 2 часа
Страна: Китай

Ветропарк Томамаэ

Дата запуска: 2005 год
Энергия: 6 МВт*ч
Мощность: 4 МВт
Время работы: 1 час 30 минут
Страна: Япония

Проект «Чжанбей»

Дата запуска 2016 год
Энергия: 8 МВт*ч
Мощность: 2 МВт
Время работы: 4 часа.
Страна: Китай

Проект «SnoPUD MESA 2»

Дата запуска: март 2017 года
Энергия: 8 МВт*ч
Мощность: 2 МВт
Время работы: 4 часа.
Страна: США

Подстанция в Эскондидо

Дата запуска: 2017 год
Энергия: 8 МВт*ч
Мощность: 2 МВт
Время работы: 4 часа.
Страна: США

Подстанция в Пулмане (штат Вашингтон)

Дата запуска: апрель 2015 года
Энергия: 4 МВт*ч
Мощность: 1 МВт
Время работы: 4 часа
Страна: США

К 2018 году ожидается завершение разработки ванадиевой редокс-батареи в Китае. Ее энергия составит 800 МВт*ч, мощность – 200 МВт, а время работы – 4 часа.

Термины

Последовательно – элементы следуют один за другим.
Электродвижущая сила (ЭДС) – напряжение, сформированное батареей или магнитной силой в согласованности с законом Фарадея.
Параллельно – электрические компоненты расставлены так, что ток протекает вдоль двух или больше путей.

Если вы используете несколько источников напряжения, то их можно соединить последовательно или параллельно. При последовательном варианте они настроены в одном направлении, внутреннее сопротивление плюсуется, а электродвижущая сила добавляется алгебраически. Подобные типы распространены в фонарях, игрушках и множестве других приборов. Ячейки ставят последовательно, чтобы повысить общее ЭДС.

Последовательная связь двух источников напряжения в едином направлении. Схема отображает фонарь с двумя ячейками и одной лампой

Батарея – множественное подключение вольтовых элементов. Но есть один минус в последовательном подключении, так как добавляется внутренние сопротивления. Иногда это создает проблемы. Допустим, у вас есть две батареи на 6В, которые вы вставили вместо привычной на 12В. В итоге, вы добавили не только ЭДС, но и внутреннее сопротивление от каждой батареи.

Если же ячейки расположены в противостоянии (одна расположена позади другой), то общая ЭДС уменьшится.

Это два источника напряжения, объединенных последовательно с противостоящими эмиссиями. Ток проходит в сторону большей ЭДС и ограничивается суммированием внутренних сопротивлений. В качестве примера можно привести зарядное устройство. У него должно быть большее ЭДС, чем в батарее

Если два источника с одной электродвижущей силой расположены в параллельной связи и подключены к сопротивлению нагрузки, то общая ЭДС остается такой же, как и отдельные. Однако общее внутреннее сопротивление будет сокращаться. Получается, что параллельный вариант может сформировать больший ток.

Два источника напряжения с единым ЭДС объединены в параллельном подключении. Они формируют одну ЭДС, но обладают меньшим общим сопротивлением, чем по-отдельности. Подобные комбинации применяют, если нужно добиться большего тока


Обзор	Разные типы тока Источники ЭДС
Параллельное и последовательное соединение резисторов	Последовательное соединение резисторов Параллельное соединение резисторов Комбинированные схемы Зарядка аккумулятора: ЭДС в последовательных и параллельных связях ЭДС и конечно напряжение
Правила Кирхгофа	Введение и значение Правило соединения Правило напряжений Применение
Вольтметры и амперметры	Вольтметры и амперметры Нулевые измерения
Схемы RC	Резисторы и конденсаторы в последовательной связи Полное сопротивление Фазовый угол и коэффициент мощности

Исторический обзор

Разработку первого гальванического элемента приписывают итальянскому физику Алессандро Вольта. Он проводил серию экспериментов с электрохимическими явлениями в течение 1790-х годов и примерно в 1800-м создал первую батарею, которую современники назвали «вольтовым столбом». Устройство состояло из чередующихся цинковых и серебряных дисков, разделённых слоями бумаги или ткани, которые были смочены в растворе натрия гидроксида.

Эти эксперименты стали основой работы над количественными законами электрохимии для Майкла Фарадея. Он описал принцип действия аккумулятора и на основе работ учёного были созданы первые коммерческие электрические элементы. Дальнейшая эволюция выглядела так:

1836 году британский химик Джон Даниель представил усовершенствованную модель ячейки, состоящую из медных и цинковых электродов, погруженных в соляную кислоту. Элемент Даниеля был в состоянии обеспечить постоянное напряжение несравнимо эффективнее, чем устройства Вольта.
1839 год. Дальнейший прогресс состоялся благодаря физику Гроуву с его двухжидкостной ячейкой, состоящей из цинка, погружённого в разбавленную серную кислоту, находящуюся в пористой ёмкости. Последняя отделяла серную кислоту от сосуда, содержащего азотную с помещённым в неё платиновым катодом. Азотная кислота служила в качестве окисляющего агента, предотвращающего потерю напряжения в результате накопления водорода на катоде. Немецкий химик Роберт Бунзен заменил платину на недорогой уголь в элементе Гроува и тем самым содействовал широкому признанию этого типа батарей.
В 1859 году Гастон Планте изобрёл свинцово-кислую ячейку — предтечу современного автомобильного аккумулятора. Устройство Планте было в состоянии произвести необычайно большой ток, но использовалось только для опытов в лабораториях на протяжении почти двух десятилетий.
1895—1905 годы. Изобретение щелочных элементов никель-кадмиевого и никель-железного типа. Это позволило создавать системы со значительным количеством циклов заряда-разряда.
С 1930-х началось развитие серебряно цинковых и ртутно-цинковых щелочных батарей, которые обеспечивали высокую плотность энергии на единицу веса и объёма.
С середины XX века достижения в области производственных технологий и появление новых материалов привели к созданию ещё более мощных и компактных аккумуляторов. Самым заметным было появление на рынке никель-металл-гидридных и литиевых батарей.

Зарядка аккумуляторов

Основная статья: Зарядное устройство

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо́льшим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток (в амперах), пропорциональный 1/10 условной номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер⋅часах).

Однако, основываясь на техническом описании, распространяемом изготовителями широко применяемых электрических аккумуляторов (NiMH, NiCd), можно сделать предположение о том, что данный режим заряда, обычно именуемый стандартным, рассчитывается исходя из продолжительности восьмичасового рабочего дня, когда разряженный в конце рабочего дня аккумулятор подключается к сетевому зарядному устройству до начала нового рабочего дня. Применение такого режима заряда для этих типов аккумуляторов при систематическом использовании позволяет соблюсти качественно-стоимостной баланс эксплуатации изделия. Таким образом, с подачи изготовителя данный режим можно применять только для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов.

Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации, например NiMH-аккумуляторы чувствительны к перезаряду, литиевые — к переразряду, напряжению и температуре. NiCd- и NiMH-аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении ёмкости в случае, когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд, не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться капельная подзарядка.

Методы заряда аккумуляторов

Для заряда аккумуляторов применяется несколько методов; как правило, метод заряда зависит от типа аккумулятора.

Медленный заряд постоянным током

Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q в течение примерно 15-7 часов соответственно.

Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.

Быстрый заряд

Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.

Ускоренный или «дельта-V» заряд

Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.

Реверсивный заряд

Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда. Реверсивный метод наиболее полезен для заряда NiCd и NiMH аккумуляторов, для которых характерен т. н. «эффект памяти».

Понравилось? Оцените статью!