Информация для самодельных сборок АКБ
Ячейки должны быть сначала тщательно измерены (емкость и внутреннее сопротивление), и при попытке собрать пакет из десятка или около того банок, стоит использовать калькуляторы, доступные в Интернете. То есть чтоб собрать большой пакет (например 4s8p — 32 ячейки), калькулятор отлично помогает в подборе ячеек. Задаем в калькулятор все имеющиеся ячейки (например 40), и он выдаст оптимальный вариант. Дополнительным преимуществом является возможность выбора между равным количеством ячеек в секции пакета и равной вместимостью секции. Вот пример: три секции имеют емкость 4500 мАч (каждая секция по три ячейки по 1500 мАч) и при подборе ячеек для четвертой секции выбор три ячейки по 2000 мАч или четыре ячейки по 1200 мАч.
Пайка ячеек. литиевые элементы не любят жару, поэтому их не следует запаивать рискуя перегреть. Это можно делать, но не следует. Соединение ячеек в пакеты следует производить с помощью точечной сварки. Сварочный аппарат можно купить, сделать на базе трансформатора от микроволновки, а можно использовать старый автомобильный аккумулятор или набор конденсаторов.
Существуют также литий-ионные аккумуляторы, широко известные как LI-HV, заряжаемые до 4,35 — 4,47 В и разряжаемые до 3,3 В. Встречается на некоторых телефонах, ноутбуках и других портативных устройствах. Для них характерно очень большое соотношение емкости к весу (~300 Втч/кг) и к объему (~700 Втч/л) в ущерб долговечности, хотя они легко выдерживают 1000 циклов — уровень обычных Li-Ion. И конечно же литий-титановые, подробный обзор которых имеется на Elwo.ru, со всеми их особенностями эксплуатации.
Таким образом под словом «литиевые», подразумевается целый спектр аккумуляторов с различным химическим составом и свойствами.
Форум по обсуждению материала РАЗЛИЧИЯ LI-ION, LI-PO И LIFEPO4 АКБ
|
|
||
|
|
Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотный автомобильный аккумуляторНапряжение: 2,1 В номинальное
До того, как все экологичные, энергосберегающие аккумуляторы стали популярными, свинцово-кислотные аккумуляторы лидировали на рынке. Первоначально изобретенный французским физиком Гастоном Планте в 1859 году, свинцово-кислотные батареи стали хитом ранних электромобилей.
Полностью заряженная свинцово-кислотная батарея несет гелеобразный свинец на отрицательном конце (электрод) и диоксид свинца на положительном конце с серной кислотой в качестве электролита. Электричество вырабатывается, когда ионы от отрицательной клеммы перемещаются в электролит, а затем поглощаются положительной клеммой. Обратная реакция происходит при зарядке.
Свинцово-кислотные батареи обычно используются в автомобильной промышленности для зажигания и освещения. Другие применения включают резервный источник питания в телефонных вышках.
Однако, эти батареи гораздо вреднее, чем другие. Токсичные соединения, выделяемые из свинцово-кислотных аккумуляторов, находятся в центре внимания природоохранных учреждений во всем мире на протяжении последних двух десятилетий.
Завод по производству батареек
В России имеется 5 лучших производителей элементов питания.
Космос
Осуществляет производство источников энергии в России с 1993 года. Имеет 35 заводов как на родине, так и за рубежом. А именно есть фабрики в Китае. В торговых точках можно отыскать элементы питания от этой и «Космос». Данная торговая марка широко известна и имеет своих дилеров в разных странах. Каждый год фирма делает до ста миллионов продаж своих источников питания.
На рынке данный завод батареек себя уже давно зарекомендовал с положительной стороны. Многократно компания получала разные награды за свою работу.
Фотон
Подобная компания стала заниматься источниками энергии с 2011 года и уже успела вырваться в лидеры. Успех компании обусловлен качественной продукцией. Устройство батарейки от этой компании имеет отличные характеристики.
Батареи от этой компании были протестированы и оказалось, что они работают достаточно долго и стоят дешевле, например, того же Дюрасел. Компания фотон занимается производством солевых источников питания.
Лиотех
Этот завод батареек был открыт совместно с китайцами. Он производит литий-ионные аккумуляторные элементы. Находится фабрика около города Новосибирска. Площадь производства очень громадна она занимает 4 Га.
Таким образом данный завод доказывает всем что в России может действовать большое конкурентное производство гальванических элементов. Кроме этого они улучшают устройство гальванических элементов.
Энергия
Данная компания находится в городе Елец. С ней сотрудничает Министерство обороны. И это дает повод думать, что это действительно надежный производитель. В 2011 году были запущены специальные цеха для производства литий ионных полимерных источников питания. В основном здесь идет производство пальчиковых батареек и аккумуляторов.
CCK
Данная компания работает с 1993 года и выпускает свинцовые элементы питания 4 и 5-го поколений. Кроме этого завод работает над увеличением емкости энергетических элементов и разрабатывает новые материалы. Вся продукция этой фирмы служит достаточно долго.
Аккумулятор выпущенный этой фабрикой имеет большое число циклов разряда-заряда. Это означает что подобный элемент питания будет служить достаточно долго. И не придется его менять каждые 2-3 месяца.
Так что же все-таки лучше?
Самое большое достоинство солевых батареек в глазах потребителя – их низкая стоимость. К сожалению, оно же и последнее. Хотя электрические характеристики и отвечают довольно широкому спектру бытовых приборов, малая энергоемкость делает эти батарейки недолговечными.
Использовать их можно только в устройствах с невысоким энергопотреблением: дистанционных пультах, термометрах, настенных часах, детских игрушках, напольных весах и пр. Более серьезную технику они «не потянут», к тому же они совершенно не способны работать на морозе.
Электролит вытекает, а это небезопасно как для приборов, так и для человека. Именно эта особенность заставила многих производителей отказаться от выпуска солевых элементов питания и сегодня их найти не так просто.
Щелочные или алкалиновые батарейки по своим показателям намного превосходят солевые. Они способы работать в несколько раз дольше и при более интенсивных нагрузках. Щелочные батарейки обладают большей емкостью, хорошо работают при импульсных нагрузках, оставаясь нечувствительными к низким температурам.
Еще одно преимущество алкалиновых элементов питания – отсутствие саморазряда. Они могут храниться до 7-10 лет и при этом практически не разряжаются. Используют щелочные батарейки в современных энергозатратных приборах малого и среднего размера: цифровых фотокамерах, плеерах, автомобильных пультах, часах, калькуляторах и пр.
Кроме того, они отличаются хорошей герметичностью и высоким уровнем безопасности. Самые известные производители алкалиновых батареек – бренды Panasonic, GP и Duracell.
Литий – легкий металл с огромным электрохимическим потенциалом. Его использование в гальванических элементах питания обеспечивает практически нулевой уровень саморазряда и способность к работе даже при температуре -40 градусов.
Это делает литиевые батарейки незаменимыми в приборах, призванных обеспечить выживание в трудных условиях: фонариках, рациях, аварийных маячках. Кроме этого, их можно использовать в фото и видео технике, медицинских приборах, компьютерах, в военном и космическом оборудовании.
Если в первые годы номинальное напряжение литиевых батареек не позволяло им стать взаимозаменяемыми с другими типами элементов питания, то сегодня выпускаются элементы с напряжением 1,5 В. Несмотря на это, использовать литиевые батарейки рекомендуется в приборах с высоким энергопотреблением.
К недостаткам этих элементов питания можно отнести их стоимость и возможность возгорания при неправильной эксплуатации. Но благодаря тому, что объемы производства литиевых батареек постоянно нарастают, их ценовой разрыв со щелочными постепенно сокращается.
Алкалиновые батарейки — емкие. Литиевые тоже, да еще и долгоиграющие. Зато солевые самые бюджетные. Каждый вариант имеет свои плюсы и минусы
Приобретая батарейки, стоит ориентироваться не только на их электрохимические показатели и ценовую категорию, но и на дату выпуска. Помните, элемент питания, больше года хранившийся на магазинной полке, по уровню заряда окажется слабее своего «свеженького» собрата
Поэтому обязательно обращайте внимание и на этот показатель
Почему литий-ионные аккумуляторы на 1.5 В лучше аккумуляторов других типов?
Литиевые аккумуляторы на 1.5 В имеют все те же преимущества, которые присущи обычным литиевым батареям. Они имеют небольшой вес, у них практически отсутствует саморазряд и имеется большой запас циклов заряда-разряда. К тому же у них имеется значительно больший запас накопленной энергии в пересчете на тот-же объем вещества аккумуляторов других типов формата АА и ААА. Но тут есть некоторое «НО», о котором речь пойдет дальше.
Литиевые аккумуляторы на 1.5 вольта в своем корпусе содержать не только электроды с электролитом и прочим, но и электронику, из-за которой самого аккумулятора помещается меньше, чем могло бы в корпусе формата АА или ААА. Из-за этого емкость такого аккумулятора не высока, и он может конкурировать по величине емкости разве что с дорогими щелочными батарейками того же формата.
На выходных контактах литий-ионного аккумулятора на 1.5 В всегда выдается стабилизированное напряжение 1.5 вольта, пока он полностью не разрядится. Благодаря этому устройства, в которые он будет установлен, проработают на необходимом им уровне напряжения до полного отключения аккумулятора. В случае же с батарейками или аккумуляторами других типов, напряжение по мере разряда будет уменьшаться. Для некоторых девайсов это будет означать нестабильную работу, а другие будут постоянно оповещать о низком уровне напряжения батареи и в итоге отключатся.
В процессе эксплуатации такой литиевый аккумулятор на 1.5 вольта сможет заменить собой более 1000 дорогих щелочных батареек, что уже достаточно выгодно.
Как устроены разные типы батареек, что у них внутри
Самые первые прототипы батарейки появились более 2 тыс. лет назад в Месопотамии. Да, это не шутка. Состоял такой элемент питания из глиняной вазы и медного стержня, который заливали специальным составом, напоминающим битум. Также этот состав можно было заменить винным уксусом. В итоге можно было получить напряжение около 0,5-1 В. Назвали такое приспособление «Багдадской батарейкой» (из-за места, где её нашли). Сегодня этот артефакт хранится в Национальном музее Ирака.
Однако это были самые первые элементы питания, устройство которых можно назвать примитивным. Сегодня же их производство и состав кардинально изменились, если сравнивать с «предками».
Устройство современных накопительных элементов отличается простотой. Различия между каждым типом минимальны. В основе любой конструкции есть положительный полюс (анод) и отрицательный (катод). Также в состав входит электролит. Именно от него зависят основные характеристики и параметры элемента питания:
- энергоёмкость;
- напряжение;
- срок службы;
- работоспособность при отрицательных температурах.
Кроме основных элементов в любой батарейке есть вкладыш, который выступает в роли прокладки, диафрагма, футляр и стержень из угля.
В целом, сама «начинка» может быть литиевая, щелочная и солевая. Последний вариант, можно сказать, давно себя изжил. Дело в том, что солевые батарейки имеют больше минусов, чем плюсов (если сравнивать с другими элементами питания). Но как выглядит электролит?
Внутри корпуса находятся несколько химических веществ. В солевых батарейках это цинк, диоксид магния, гидроксид калия, а также пассивный уголь.
Кроме вышеперечисленных элементов в состав батарейки могут входить и другие:
- никель;
- литий;
- свинец;
- ртуть — сегодня она практически не используется;
- железо;
- алюминий;
- свинец;
- марганец.
В алкалиновых батарейках в роли электролита выступает щёлочь. Благодаря её свойствам данное изделие работает стабильно на протяжении всего срока эксплуатации, медленнее разряжается, работает даже при минусовой температуре и отличается более длительным сроком службы.
Неопытные пользователи могут подумать, что проходимые химические реакции отличаются своей сложностью. На самом деле, это не так — здесь всё довольно просто. Химическая реакция перемещает отрицательно заряженные частицы (электроны), что в итоге и создаёт электрический ток.
В состав литиевых элементов питания входит (как уже можно понять из названия) литий. Он выступает в роли катода и имеет наивысший отрицательный потенциал. Стоит отметить, что данный химический элемент — органический, благодаря чему батарейка получила улучшенные характеристики.
Если рассматривать по типам, то у каждой батарейки могут быть свои элементы. Например, у «таблетки» в составе имеется оксид ртути и порошок цинка. Крона отличается более сложным составом:
- по два положительных и отрицательных контакта;
- пластиковые пластины, которые расположены в верхней и нижней части изделия;
- шесть отдельных элементов питания, соединённые между собой;
- стержень из угля;
- изоляционная пластина;
- обёртка.
Также в состав такого изделия входит корпус, но о нём расскажем отдельно.
Преимущества и недостатки солевых и щелочных элементов
У солевых сейчас осталось только одно преимущество — цена. Технология производства проста, стоимость реагентов и материалов низка, поэтому себестоимость очень маленькая. Но на этом преимущества заканчиваются.
Недостатки:
1. маленькая ёмкость
В среднем ёмкость солевого элемента в 3-5 меньше, чем у щелочного. К тому же это при малой и средней нагрузке, при высокой нагрузке (мощные фонари, фотоаппараты и видеокамеры) разница в ёмкости еще больше увеличивается и достигает 10. Например, солевая батарейка питает маломощный прибор 10 дней, а щелочная 10*3=30 дней.
2. маленький срок хранения
У солевого элемента – 2 года, у щелочного – 7-10 лет. Срок хранения солевой батареи можно увеличить, если держать ее в холодильнике. При низкой температуре химические реакции замедляются. Для щелочных элементов температура хранения некритична
3. узкий температурный диапазон эксплуатации
Солевые батареи вообще не могут работать при отрицательных температурах, а щелочная при -20 °С отдает такую же емкость, как солевая в режиме беспрерывного разряда при комнатной температуре.
В последние несколько лет в продаже появились новый тип элементов — литиевый. Принцип действия похож на принцип солевого и щелочного элемента, но анод изготовлен из лития или его соединения. Из химии известно, что литий имеет наивысший отрицательный потенциал по отношению к остальным металлам. А значит, он имеет наибольшее номинальное напряжение при минимальных размерах.
Другие параметры тоже превосходные – очень большое время хранения (до 15 лет), исключительно малые токи саморазряда и высокая степень герметичности, хранение и работа в широком диапазоне отрицательных и положительных температур.
Классификация батареек по типоразмеру
Как известно многие элементы питания имеют разную форму. Специально поэтому была разработана маркировка батареек согласно их виду. Имеется европейская и американская классификация.
Ниже приведена таблица в которой отображаются источники энергии по типоразмеру. Она поможет определить тип батарейки.
| Американская маркировка | Народная маркировка | Кодированные обозначения | По типу | Ширина в мм | Высота в мм | Емкость в mAh. |
| А | нет | LR23R23 | Щелочная Солевая | 17 | 50 | Не известно |
| АА | Пальчиковая | FR6LR6R6 | Литиевая Щелочная Солевая | 14.5 | 50.5 | 1100 – 3500 |
| ААА | Мизинчиковая | LR03FR03R03 | Щелочная Литиевая Солевая | 10.5 | 44.5 | 540 – 1300 |
| АААА | Маленькая мизинчиковая | LR8D425 | Щелочная | 8.3 | 42.5 | 625 |
| В | LR12 | Щелочная | 21.5 | 60 | 8350 | |
| С | Средняя | 26.2 | 50 | 3800 – 8000 | ||
| D | Большая, круглая | LR14 R14 | Щелочная Солевая | 34.2 | 61.5 | 8000 – 19500 |
| F | LR20R20 | Щелочная Солевая | 33 | 91 | неизвестно | |
| N | LR1R1 | Щелочная Солевая | 12 | 30.2 | 1000 | |
| ½ AA | R14250 | Солевая | 14.5 | 25 | ||
| R10 | 21.5 | 37.3 | 1800 | |||
| PP 3 | Крона | 1604, 6F22, 6R611604A, 6LF22, 6LR61, MN1604, MX1604 | Солевая Щелочная | 26.5 | 48.5 | 150 – 1000 |
| А 23 | Мини мизинчиковая | ANSI-1181A, 8LR23, 8LR932, GP23A, E23A, LRV08, MN21, V23GA | 10.5 | 28.9 | 40 |
На этикетке элемента питания можно заметить американскую маркировку. Так же там указывают из чего она состоит, а также проставляют дату. Значение L на батарейке указывает на то, что она щелочная. Размеры от указанных могут слегка отличаться. Например, если батарея находится в плотной этикетке, то ее габариты будут на 1-3 мм больше. Такую оболочку производитель ставит чтобы защитить источник энергии от погодных условий и ударов при падении.
Стандартные обозначения по IEC
| Обозначение | Тип энергетического источника |
| PR | Воздушно цинковые |
| R | Солевые |
| CR | Литиевые |
| SR | Серебряные |
| LR | Щелочные |
Таким образом виды гальванических элементов могут быть разными.
Батарейки таблетки
Это дисковые источники тока круглой формы, так же их называют монетки или кнопуи. Существует много разновидностей батареек такого типа, основными из которых являются:
- Литиевые элементы CR с типоразмерами от 927 и до 3032 (где первые одна или две цифры – диаметр в миллиметрах, а последние две цифры – толщина, в десятых, долях миллиметра) на 3 вольта.
- Щелочные специальные дисковые элементы LR (типоразмеры 43, 44, 54) на полтора вольта для часов и миниатюрных устройств.
- Дисковые батарейки SR типоразмерами от 41 до 932 с оксидом серебра для часов на 1,55 вольта.
- Воздушно-цинковые PR элементы типоразмеров 5, 10, 13, 312, 630 и 675 на 1,2 вольта.
Устройство батарейки
Конструкционные особенности батареек связаны, прежде всего, с их размерами и формой.
Цилиндрической
Цилиндрическая батарейка имеет вытянутый корпус. Оболочка в таких элементах чаще состоит из металла. Эта часть надёжно изолирована от внутренних деталей.
Сразу после диэлектрической оболочки следует тонкий стакан из токопроводящего металла (цинка в солевых батареях). Этот элемент соединяется с отрицательным выводом батарейки.
В середине цилиндрического элемента питания располагается графитовый стрежень, который является положительным выводом. В контактной части на эту деталь надевается металлический колпачок для защиты от механических повреждений.
В пространстве между центральным стержнем и отрицательной оболочкой находится электролит и деполяризующая смесь.
Круглой (миниатюрной)
Кнопочная батарея является незаменимым элементом питания в наручных часах и других миниатюрных электрических устройствах. Срок службы таких батареек, как правило, выше чем у пальчиковых, но причина длительной работы связана, прежде всего, с небольшим электропотреблением устройств, в которые устанавливается данный элемент.
Состоит такая батарейка из положительного и отрицательного полюсов, между которыми находятся вещества, вступающие в химическую реакцию при подключении к источнику тока потребителей.
Разноимённые контакты в таких изделиях надёжно изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. Наиболее часто кнопочные батареи производят по воздушно-цинковой технологии.
Крона
Крона отличается от других батареек тем, что внутри элемента находится 6 небольших источников питания по 1,5 Вольт. Принцип работы каждого отдельного изделия не отличается от пальчиковых или кнопочных батарей.
Корпус батарейки «Крона» изготавливается из металла, но также может использоваться прочный пластик. Отдельные элементы располагаются сверху вниз и подключаются последовательно. Положительный и отрицательный выводы находятся на одной из плоскостей, которая изготавливается из диэлектрика.
Кто придумал батарейку
Предыстория батарейки начинается в далёком 17 веке, а её дедушкой был итальянский врач, анатом, физиолог и физик — Луиджи Гальвани. Этот достойный человек является одним из основоположников учения об электричестве и несомненным первопроходцем в изучении электрофизиологии.
Так называемое «животное электричество» Гальвани обнаружил в ходе одного из своих экспериментов. Он присоединил две металлических полоски к мышцам лягушачьей лапки и обнаружил, что при сокращении мышцы возникает электрический разряд. Впрочем, попытка объяснить данное явление Гальвани не совсем удалась: теоретическая основа, которую он подводил, оказалась неверной, но выяснилось это значительно позже. Результаты опытов, полученные Гальвани, полтора века спустя заинтересовали его соотечественника и коллегу. Это был Алессандро Вольта.
Ещё в молодости заинтересовавшись изучением электрических явлений и познакомившись с работами Б. Франклина, Вольта установил в городе Комо первый громоотвод. Кроме этого, он отправил парижском академику Ж.А. Нолле своё сочинение, в котором рассуждал о различных электрических явлениях. В итоге Вольта заинтересовался работами Гальвани.
Внимательно изучив результаты опытов с лягушкой, Алессандро Вольта отметил одну деталь, на которую не обратил внимания сам Гальвани: если к лягушке присоединяли провода из разнородных металлов, мышечные сокращения становились сильнее.
Не удовлетворившись объяснениями, предложенными предшественником, Вольта сделал чрезвычайно смелое и неожиданное предположение: решил, что два металла, разделенные телом, в котором много воды, хорошо проводящей электрический ток (лягушка, без сомнений, может быть отнесена к таким телам), рождают свою собственную электрическую силу. Чтобы не быть голословным, физик провёл серию дополнительных опытов, подтвердивших его предположение.
В 1800 году, 20 марта, Алессандро Вольта написал президенту Лондонского Королевского Общества сэру Джозефу Бэнксу о своём изобретении — новом источнике электричества, получившем название «вольтов столб». Сам изобретатель не до конца понимал весь механизм работы своего детища и даже всерьёз полагал, что создал вполне рабочую модель вечного двигателя.
Кстати, Алессандро Вольта продемонстрировал всему научному сообществу замечательный пример исследовательской скромности: предложил называть своё изобретение «гальваническим элементом», в честь Луиджи Гальвани, чьи опыты навели его на мысль.
Анатомия батарейки
Как же выглядели первые «батарейки»? Собственно, устройство своего изобретения А. Вольта весьма и весьма подробно описал в своём письме сэру Джозефу Бэнксу. Первый же его опыт выглядел следующим образом: Вольта опустил в банку с кислотой медную и цинковую пластинки, а затем соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. «Вольтов столб»
— это, можно сказать, стопка из соединённых между собой пластинок цинка, меди и сукна, пропитанных кислотой и сложенных друг на друга в определённом порядке.
В современных «пальчиковых» и прочих батарейках «начинка» несколько сложнее. В корпусе батарейки упакованы химические реагенты, при взаимодействии которых и выделяется энергия, а также два электрода — анод и катод. Реагенты эти разделены специальной прокладкой, которая не позволяет твердым частям реагентов перемешиваться, но при этом пропускает к ним жидкий электролит.
Жидкий электролит реагирует с твёрдым реагентом, в результате чего возникает заряд. На реагенте анода он отрицательный, а на катодном — положительный. Чтобы не произошло нейтрализации зарядов твёрдые части реагента разделены мембраной.
Чтобы можно было «снять» полученный заряд и передать его на контакты, в анодный реагент вставлен токосниматель, который выглядит очень просто — тоненький не очень длинный штырёк. Есть в батарейке и катодный токосниматель, который располагается под оболочкой батарейки. Саму оболочку называют внешней гильзой.
Оба токоснимателя соприкасаются внутри батарейки с анодом и катодом. Схема работы батарейки в результате такова: химическая реакция, разделение зарядов на реактивах, переход зарядов на токосниматели, далее — на электроды и в питаемое устройство.
