Аккумуляторные батареи

Аккумуляторные батареи
Принцип работы
Аккумуляторами называются приборы, которые посредством обратимых химических реакций вырабатывают электрическую энергию. Обратимость предполагает, что после того, как аккумулятор отдал заряд, его можно восстановить путём зарядки, причём количество циклов регенерации может быть достаточно большим, что позволяет относить устройства к системам многоразового использования. Для увеличения эксплуатационных параметров отдельные элементы объединяют в батарею, добиваясь таким образом необходимого рабочего напряжения и (или) ёмкости.

Классификация аккумуляторов
Существует огромное количество разновидностей регенерируемых химических источников тока, при этом к основным типам аккумуляторов относятся:
• литиевые;
• литий-ионные;
• литий-полимерные;
• никель-хлоридные;
• никель-кадмиевые;
• никель-солевые;
• никель-металлогидридные;
• никель-цинковые;
• никель-водородные;
• свинцово-кислотные;
• серебряно-кадмиевые;
• серебряно-цинковые;
• железо-воздушные;
• железо-никелевые.

Этот список далеко не исчерпывающий, так как идеальный по соотношению эксплуатационных параметров и стоимости аккумулятор пока еще создать не удалось, и каждая группа обладает как своими достоинствами, так и своими недостатками.

Ni-Cd аккумуляторы обладают важнейшим достоинством, которое заключается в возможности их всесезонного и всепогодного применения, в том числе и при отрицательных температурах. При точном соблюдении режима эксплуатации такие аккумуляторы без проблем выдерживают свыше тысячи зарядных циклов и допускают длительное хранение. К недостаткам относится малая удельная ёмкость, относительно высокий уровень саморазряда и присутствие т.н. «эффекта памяти».

Ni-MH аккумуляторы обладают теми же достоинствами, что и никель-кадмиевые, при этом имеют на треть большую энергетическую плотностью и менее подвержены эффекту памяти. К недостаткам относится меньшее число циклов заряда/разряда при большем времени заряда, а также относительно высокий саморазряд.

Li-ion аккумуляторы обладают на 20-30% большей емкостью, чем никелевые аналоги, имеют крайне малый саморазряд и у них полностью исключен эффект памяти, поэтому их можно заряжать в любой удобный момент. К недостаткам относится ограниченный срок службы, так как старение аккумуляторов начинается не с момента их ввода в эксплуатацию, а непосредственно в день выпуска. Чтобы продлить срок службы аккумуляторы следует хранить заряженными примерно на половину паспортной ёмкости. Важно, что для зарядки литий-ионных аккумуляторов допустимо использование только специально предназначенных для этого типа батарей устройств.

Емкость аккумулятора
Самым главным показателем, характеризующим любой аккумулятор, является его ёмкость, или количество электрической энергии, которой тот способен запасти при полном заряде. Этот параметр выражается в миллиампер-часах (мА.час), а для устройств повышенной ёмкости в ампер-часах (А.час). Стоит отметить, что указанного на этикетке значения удаётся добиться только при точном соблюдении правил эксплуатации, а со временем ёмкость, как правило, уменьшается.

Внутреннее сопротивление
Не менее важной характеристикой является внутреннее сопротивление, которое указывает на пригодность аккумулятора работать в режиме больших отдаваемых токов. Его измеряют в миллиомах (мОм), и с возрастом устройства этот параметр также растёт. Это в целом плохо, так как с повышением внутреннего сопротивления пропорционально снижается время практической работы аккумулятора с конкретной нагрузкой. При первоначальном выборе аккумулятора для потребителей с высоким энергопотреблением значение внутреннего сопротивления следует учитывать обязательно, в противном случае устройство не выдаст в нагрузку всю запасенную им энергию.

Саморазряд
Практически каждый аккумулятор через какое-то время теряет запасённую в нем энергию. Это явление называется саморазрядом и присуще всем типам устройств, вне зависимости от их конструкции, однако фактическая его величина зависит от типа. Так, у дешёвых
никель-кадмиевых аккумуляторов потеря 10% запасённого электричества в первые сутки после окончания заряда считается нормальной, а для литий-ионных и литий полимерных суточную потерю даже сложно измерить и её считают пренебрежимо малой. Важно, что величина саморазряда температурно зависима, и если корпус нагреть с 20 до 30°C, саморазряд увеличивается почти вдвое.

Срок службы
Время активной жизни аккумулятора в наибольшей степени определяется количеством зарядно-разрядных циклов, при которых тот сохраняет свои рабочие параметры без заметного их ухудшения. Кроме упомянутого, срок службы только что введённой в строй аккумуляторной батареи, сильно зависит от времени, прошедшего с момента выпуска. Чтобы максимально продлить срок службы аккумулятора следует в точности соблюдать рекомендации по его правильной эксплуатации, а если тот относится к категории обслуживаемых, своевременно проводить необходимые процедуры.

Эффект памяти
Этот эффект знаком всем, однако далеко не каждый знает, что потеря емкости, связанная с неблагоприятными условиями эксплуатации, обратима. Эффект памяти более всего присущ самым распространённым батареям – никель-кадмиевым, и проявляется при попытке заряда неполностью разряженного аккумулятора. Происходит это потому, что кристаллы на основе никеля способны изменять свою структуру, при этом их рабочая площадь уменьшается, как и ёмкость. Исправить ситуацию помогает процесс тренировки, сводящийся к нескольким последовательным контролируемым по напряжению циклам разряда с последующим зарядом.