Основная часть.
Основная часть. Так сложилось, что процесс совершенствования аккумуляторов проходит гораздо медленнее, чем совершенствование технических и электронных устройств, для питания которых используются аккумуляторы. И хотя термин «аккумулятор» у нас устойчиво ассоциируется с автомобилями, в автономном источнике питания нуждается огромное количество мобильных устройств. Каждый тип из них имеет технологические предпочтения и специфику применения автономного источника питания. Поэтому, идеального, универсального аккумулятора на сегодняшний день не существует и быть не может. Если от автомобильного аккумулятора требуется подача мощного тока в короткое время, то от аккумуляторов, питающих мобильное устройство, или от тяговых аккумуляторов электротранспорта требуется подача небольшого тока в протяжении длительного времени. От любого аккумулятора требуется хранить электроэнергию, соответственно требуемым параметрам потребителя; отдавать ее в нужном объёме при минимальных потерях и иметь длительный срок службы (количество циклов зарядки-разрядки, без существенного ухудшения основных параметров). Следует отметить, что длительность службы аккумулятора зависит от устройства и типа химических реакций, которые в нём протекают, рабочей температуры, методов его зарядки и глубины разрядки, скорости саморазряда. Среди современных аккумуляторов можно выделить следующие основные типы: свинцово-кислотные различных конструкций, NiCd – никель-кадмиевые, NiMH – никель-металлгидридные, Li-ion – литий-ионные, которые подразделяются на литий марганцевые, Li-Pol – литий полимерные и литий железофосфатные. Выпуск перечисленных типов аккумуляторов различных размеров, номинального напряжения и емкости дает возможность удовлетворить самые разнообразные потребности современных пользователей. Добавьте к этому специфические свойства некоторых аккумуляторов, которые обеспечивают высокие характеристики в особых режимах и специфических условиях эксплуатации. Международные стандарты дают возможность использовать аккумуляторы различных производителей, так как обеспечивают их взаимозаменяемость. Основными конструктивными вариантами современных аккумуляторов являются цилиндрические, плоские и в форме прямоугольного бокса.
Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы являются самыми старыми перезаряжаемыми аккумуляторами. Это самые дешевые автономные источники энергии для электротранспорта и всевозможных «бесперебойников». Главным недостатком SLA является выделение газов, характерное для всех типов свинцово-кислотных батарей. Чем он грозит? - Преждевременным выходом аккумулятора из строя из-за отсутствия электролита. Уменьшить выход газов можно, понизив напряжение при зарядке. Но, в этом случае аккумулятор не зарядится до номинального напряжения. Однако, при этом следует отметить значительные плюсы SLA: даже при низком напряжении они удерживают номинальную силу тока, обеспечивают питание без сбоев, имеют относительно низкую цену (дешевле - только свинцово-кислотные аккумуляторы стартерного типа). Поэтому, если вес и габариты аккумулятора несущественны и при низкой стоимости требуется значительная мощность, то использование SLAаккумулятора для электровелосипеда вполне оправдано. Низкий саморазряд, простота в обслуживании и отсутствие эффекта памяти делает SLA во многих областях оптимальным решением. К недостаткам SLA аккумуляторов можно отнести длительность их зарядки (6 - 8 часов). Они не любят глубокой разрядки, а пребывание длительное время в разряженном состоянии может привести к сульфатации. Типичное SLA устройство рассчитано на 300-500 рабочих циклов, что не является желаемым показателем для потребителей.
Никель-кадмиевые аккумуляторы выгодно отличает простота в обслуживании и отсутствие выделение газа. Эти аккумуляторы хорошо выдерживают длительные нагрузки, существенно не меняют функциональных свойств при сниженных температурах. При аналогичных габаритах и весе NiCd устройства несколько уступают по емкости другим аккумуляторам. С появлением новых технологий использование NiCd аккумуляторов резко сократилось. Но, со временем, были выявлены значительные недоработки новых моделей аккумуляторов и спрос на NiCd устройства снова возрос. В настоящее время, из всех выпускаемых в мире аккумуляторов для переносного оборудования, около половины составляют NiCd устройства. Но наряду с плюсами данный тип аккумуляторов имеет и определенные минусы. NiCd аккумуляторы обладают максимальной емкостью, не превышающей 3000 mA/ч и обладают эффектом памяти. Для зарядки NiCd предпочтительнее использовать импульсный заряд и быстрый режим с увеличенным током. Постоянное совершенствование технологии помогает свести к минимуму минусы NiCd аккумуляторов. Новые технологии позволили избавиться от эффекта памяти и значительно продлила срок службы NiCd аккумуляторов.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы появились, как альтернатива NiCd. Благодаря аноду, на основе абсорбирующего водород сплава удалось значительно увеличить плотность энергии и удельную емкость аккумулятора. Это позволило NiMH устройствам найти применение в тех областях, где на первый план выходит длительность непрерывной работы, а не высокий ток. При высокой удельной энергии и механической прочности NiMH аккумуляторов, им присущ целый ряд недостатков. Сравнительно небольшое число циклов зарядки-разрядки (около 500), предпочтительность поверхностного разряда, значительное выделение тепла при зарядке, продолжительное время зарядки, высокий саморазряд, небольшой диапазон рабочих температур – основные минусы данного типа аккумуляторов.
Литий-ионные аккумуляторы уверенно приходят на смену традиционным батареям. Они обладают большей емкостью и дают на одном элементе более высокое напряжение. К заявленному производителями количеству рабочих циклов Li-ion аккумуляторов стоит отнестись критически, так как реальной статистики по этому параметру еще мало, а декларируемым характеристикам можно верить не всегда, а скорее, - при идеальных условиях эксплуатации. Стоимость Li-ion аккумуляторов достаточно высока, так как высокая химическая активность лития значительно осложняет процесс изготовления данных аккумуляторов. Чтобы обезопасить потребителей при нештатных режимах эксплуатации аккумуляторов, производители Li-ion батарей для электровелосипедов, электромобилей и другого электротранспорта, предприняли ряд попыток заменить металлический литий на его соединение с другими металлами в оксидах. Теперь «литиевые батареи» включают источники питания с различной химической начинкой: SO Cl2, SO, NiO2, MnO2 и другие. Аккумуляторы стали более безопасными в процессе зарядки-разрядки. На сегодняшний день главным «минусом» Li-ion аккумуляторов является их высокая цена. К неоспоримым преимуществам следует отнести самый высокий на сегодняшний день уровень удельной емкости и самую высокую плотность разрядного тока. Саморазряд Li-ion аккумуляторов не превышает 3% в месяц, количество рабочих циклов может достигать 2000, широкий диапазон рабочих температур, продолжительный (до 10 лет) срок службы – все это составляет основные преимущества Li-ion аккумуляторов, в сравнении с традиционными. Li-Pol аккумуляторы не имеют принципиальных отличий с технологией Li-ion. Однако, они могут иметь самую разную геометрическую форму. Это позволяет аккумулятору заполнить свободное пространство миниатюрных портативных устройств.
В ходе проведенного исследования была составлена таблица № 1характеристик различных типов АКБ и таблица №2. Из таблицы можно сделать вывод, наибольшую плотность энергии имеет литий-ионный АКБ и он имеет малую массу по отношению к другим видам аккумуляторов, а свинцово кислотный имеет большую накапливаемую энергию и меньшую стоимость. Хотя, каждая из электрохимических систем имеет свои неоспоримые преимущества.
Таблица №1
Таблица №2
|
