ТИПИ І ВИДИ АКУМУЛЯТОРІВ, ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ

ТИПЫ И ВИДЫ АККУМУЛЯТОРОВ, ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Разные типы аккумуляторов имеют не только различную стоимость, но и отличаются по основным параметрам: количеству циклов перезарядки, максимальному сроку хранения, отдаваемой емкости, размерам, температурному диапазону работы, возможностям ускоренной зарядки и т. д. Аккумуляторы выполняются как в виде одного элемента, так и нескольких, последовательно включенных и оформленных в одном корпусе элементов - батареи. Некоторые модели аккумуляторов включают в себя электронные элементы управления, обеспечивающие контроль режима заряда и защиту аккумулятора от неправильной эксплуатации. Как правило, каждый изготовитель использует оригинальную технологию производства, и, соответственно, свои собственные разработки по конструкции тех или иных моделей. Тем не менее можно выделить несколько общих подходов к конструкции разных типов аккумуляторов. Например, свинцово-кислотный тип аккумулятора состоит, как правило, из двух пластин (электродов), помещенных в электролит (водный раствор серной кислоты). У никелево-кадмиевого элемента отрицательные и положительные пластины скатаны вместе и помещены в металлический цилиндр. Положительная пластина состоит из гидроксида никеля, а отрицательная - из гидроксида кадмия. Две пластины изолированы разделителем, который увлажнен электролитом. Никелево-металлогидридный тип аккумулятора конструктивно похож на никелево-кадмиевый тип аккумулятора, но имеет иной химический состав электролита и электродов. В литиево-ионном типе аккумулятора электроды и сепаратор (разделитель) помещены в электролит из литиевой соли. Емкость, выражаемая в ампер-часах (А•ч, мA•ч) или ватт-часах (Вт•ч), - это количество энергии, которую батарея может отдать в нагрузку за один час. На практике емкость батареи обычно измеряется анализатором аккумуляторных батарей. Например, аккумуляторная батарея номинальной емкостью 800 мА•ч отдает в нагрузку ток 800 мА в течение одного часа.

По идее расход энергии в более короткое время должен быть таким же, как и в случае более медленного разряда, так как отдается такое же количество энергии, только в течение более короткого времени - однако на практике это не так, главным образом из-за конечного значения внутреннего сопротивления аккумулятора. При разряде аккумулятора, установленного в анализатор, который позволяет регулировать различные токи разряда, более высокая энергия будет отдаваться в том случае, если батарея разряжается более низким током.

Типы аккумуляторных батарей
Никелево-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы
Никелево-кадмиевый тип аккумулятора выпускается в разных странах мира примерно с 1950 года. На сегодняшний день более 50% всех аккумуляторов для портативного оборудования являются никелево-кадмиевыми.
Основные преимущества этого типа аккумуляторов:
• низкая стоимость;
• высокая устойчивость к перепадам температур;
• хорошая устойчивость к большим токам заряда и разряда, так как малое внутреннее сопротивление позволяет отдавать большие токи (другие типы аккумуляторов это не устраивает);
• большое количество циклов <заряда-разряда>.
Среди всех типов аккумуляторов никелево-кадмиевый - единственный, который лучше всего отдает максимальную емкость, обеспечивает большое количество циклов заряда, разряда, если периодически осуществляются глубокие разряды (до 1 В на элемент).
Недостатки никелево-кадмиевого типа аккумулятора:
• наличие так называемого <эффекта памяти>;
• данный тип аккумулятора экологически загрязнен, так как кадмий является высокотоксичным веществом. Также появляются дополнительные проблемы с его переработкой;
• сравнительно низкая удельная емкость, хотя и не во всех случаях это является критичным.
Никелево-металлогидридный (Ni-MH) тип аккумулятора Известны на рынке с конца 80-х годов. Толчком к разработке и производству этого типа аккумуляторов явилась, главным образом, их более высокая плотность энергии по сравнению с Ni-Cd.
Некоторые из отличительных преимуществ сегодняшнего Ni-MH типа аккумулятора по сравнению с Ni-Cd:
• большая удельная емкость (при тех же габаритных размерах значение емкости на 30% больше) меньший вес;
• менее склонен к <эффекту памяти>;
• в состав данного типа аккумулятора входит меньшее количество токсичных металлов, и в настоящее время он считается экологически чистым. К сожалению, Ni-MH тип аккумулятора обладает и недостатками по сравнению с Ni-Cd типом аккумулятора, а именно:
• имеет гораздо меньшее количество циклов заряда разряда (см. главу о количестве циклов);
• цена Ni-MH типа аккумулятора выше, чем Ni-Cd, хотя и не всегда может быть главной проблемой, если пользователь предпочитает небольшой размер и вес;
• температурный режим работы меньше, чем у Ni-Cd типа аккумулятора.
• по сравнению с Ni-Cd и Li-Ion типом аккумулятора, у Ni-MH типа аккумулятора самая низкая нагрузочная способность - не может отдавать большие токи;
• этот тип аккумуляторов <боится> глубоких разрядов, так как долговечность батареи непосредственно связана с глубиной разряда; саморазряд более чем в 1,5 раза выше, чем у Ni-Cd типа аккумулятора, что является важным параметром при хранении;
Ni-MH не любит большого зарядного тока, как Ni-Cd, так как в процессе зарядки выделяется значительно большее количество тепла. Кроме того, в зарядном устройстве требуется более сложный алгоритм для обнаружения полного заряда, чем для Ni-Cd типа аккумулятора. Современная Ni-MH батарея оборудована внутренним считывателем температуры, чтобы помочь обнаружению полного заряда. Перезаряд аккумулятора в дешевом зарядном устройстве (ЗУ) (не имеющем автоматического отключения) может привести к перегреву и полному разрушению аккумулятора. Литиево-ионный (Li-Ion) тип аккумуляторных батарей Производство литиево-ионного типа аккумуляторов началось в начале 90-х годов. На сегодняшний день самым большим поставщиком этого типа батареи является компания Sony.
Главные преимущества литиево-ионного типа аккумуляторов:
• высокая удельная емкости Li-Ion, по крайней мере, в два раза большей, чем у Ni-Cd типа аккумулятора;
• Литий - очень легкий металл, имеет самый большой электрохимический потенциал и обеспечивает самое большое содержание энергии;
• имеет относительно низкий саморазряд и в нем полностью отсутствует <эффект памяти>.
Благодаря низкому саморазряду время от времени можно дозаряжать и не совсем разряженный аккумулятор. Количество циклов <заряда-разряда> по данным большинства производителей (так как у каждого производителя свои технологии и соответственно количество циклов несколько отличается) немного больше, чем у Ni-MH типа аккумулятора.
Основные недостатки литиево-ионного (Li-Ion) типа аккумуляторов:
• высокая стоимость;
• малый диапазон рабочих температур, хотя это и не всегда является критичным фактором.
В конструкции современных литиево-ионного (Li-Ion) типа аккумуляторов присутствуют так называемые smart-микросхемы. Это позволяет управлять зарядным устройством таким образом, чтобы процесс зарядки был наиболее эффективным в зависимости от проработавшего количества циклов <заряда- разряда>.
Новый тип аккумуляторных батарей - литиево-полимерный (Li-polymer)
Первоначальная концепция батареи литий-полимера основана на использовании твердого электролита на полимерной основе. Эта идея предусматривает технологичность в производстве, и соответственно низкую цену.
Основные преимущества Li-polymer батарей:
• большая плотность энергии, т. е. примерно в три раза выше, чем у никелево-кадмиевого типа аккумулятора;
• очень малый саморазряд;
• малые габариты.
Использование твердого электролита позволяет довести размеры элементов аккумулятора до 1 мм в толщине. Так как данная конструкция не содержит жидкого электролита и реализуется набором различных пленок, то можно получать очень гибкие конструктивные формы. Аккумулятор такого типа имеет очень малую толщину, что позволяет ему придавать необходимую форму (например, повторить форму сотового телефона).
Недостатки литиево-полимерного типа аккумулятора:
• не может отдавать большие токи разряда;
• не любит низких температур.
Свинцово-кислотный (LEAD ACID) тип аккумуляторов В отличие от других типов аккумуляторов свинцово-кислотная батарея обычно используется, когда нужна большая емкость, требования к весу не критические и стоимость батареи должна сохраниться низкой.
Достоинства герметичных свинцово-кислотного (SLA) типа аккумуляторов:
• относительно невысокая стоимость;
• полное отсутствие <эффекта памяти>;
• низкий саморазряд;
• в современных герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах, в зависимости от средней глубины разрядки, количество циклов может достигать 800-1000!
Недостатки SLA-батарей:
• среди перезаряжающихся батарей SLA имеют самую низкую удельную емкость, хотя во многих случаях это может быть и некритичным;
• в отличие от Ni-Cd SLA страшны глубокие циклы разряда (это непосредственно ведет к сокращению количества циклов <заряда-разряда>).