КИПиА

Промышленная автоматизация

ИБП

Источники бесперебойного питания

Аккумуляторы

Аккумуляторы

 

  Аккумуляторы являются химическими источниками электрической энергии многоразового действия. Они состоят из двух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Накопление энергии в аккумуляторе происходит при протекании химической реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы. Напряжение аккумулятора — это разность потенциалов между полюсами аккумулятора при фиксированной нагрузке.

Для получения достаточно больших значений напряжений или заряда отдельные аккумуляторы соединяются между собой последовательно или параллельно в батареи. Существует ряд общепринятых напряжений для аккумуляторных батарей: 2; 4; 6; 12; 24 В.

Количество аккумуляторов, необходимое для укомплектования батареи при последовательном соединении, определяется по формуле:

 

N = Un/Uа, где

N — число аккумуляторных батарей,

Un — напряжение питания потребителя,

Ua — напряжение одного полностью заряженного аккумулятора.

Под отдаваемой емкостью следует понимать максимальное количество электричества в кулонах (ампер часах), которое аккумулятор отдает при разряде до выбранного конечного напряжения. В условном обозначении типа аккумулятора приводится номинальная емкость, т.е. емкость при нормальных условиях разряда (при разряде номинальным током и, обычно, при температуре 20°С).

Аккумуляторы следует выбирать по следующим параметрам:

  • коэффициент отдачи — это отношение количества электричества в кулонах (Ач), отданного аккумулятором при полном разряде, к количеству электричества, полученному при заряде;
  • коэффициент полезного действия аккумулятора — это отношение количества электричества, Кл (Ач), которое он отдает потребителю, разряжаясь до установленного предела для продолжения нормальной работы последнего, к количеству, полученному им при заряде, Кл (Ач).

Значение коэффициента полезного действия всегда меньше значения коэффициента отдачи.

 

 

Зависимость удельной энергии от температуры окружающей среды

Аккумулятор

Удельная энергия, Вт ч/кг, при температуре, °C

Влияние на аппаратуру и людей

20

0

-20

-40

Свинцово-кислотный

36

29

18

8

Наиболее вредны из всех аккумуляторов

Кадмиево-никелевый, ламельный

20

16

11

5

Менее вредны, чем кислотные

Кадмиево-никелевый, безламельный

38

33

26

19

Менее вредны, чем кислотные

Железоникелевый

18

13

9

-

Менее вредны, чем кислотные

Серебряно-цинковый

90

75

35

6

Наименее вредны из всех аккумуляторов

 

Таблица 2

Относительная стоимость 1 ВТ*ч энергии, получаемой от аккумуляторов

 

Аккумулятор

Стоим.

Свинцово-кислотный

1

Кадмиево-никелевый, ламельный

3

Кадмиево-никелевый, безламельный

13

Железоникелевый

2

Серебряно-цинковый

15

 

При параллельном соединении аккумуляторов, т.е. при соединении между собой положительных и отрицательных полюсов всех элементов соответственно, можно составить батарею большой емкости с напряжением, равным номинальному напряжению одного аккумулятора и емкостью, равной сумме емкостей составляющих ее аккумуляторов.

Для облегчения выбора соответствующего потребителю энергии аккумулятора сравним некоторые характеристики.

Из табл. 1 видно, что весовая удельная энергия серебряно-цинковых аккумуляторов в значительно большей степени зависит от температуры. Примерно так же зависит от температуры объемная удельная энергия аккумуляторов.

Очень важной характеристикой аккумуляторов является ориентировочная относительная стоимость 1 ВТч энергии, полученной от различных типов аккумуляторов одинаковой емкости.

Как видно из табл. 2 дороже всего обходится энергия, получаемая от серебряно-цинковых и кадмиевых аккумуляторов, и дешевле от свинцово-кислотных, принятых в данном случае за единицу.

Характеристики наиболее распространенных типов аккумуляторов приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

Характеристики наиболее распространенных типов аккумуляторов

Тип элемента

 

Катод (-)

Макс, напря-

жение, В

Макс, емкость, Ач/кг

Рабочее напря-

жение, В

Плот-

ность энер-

гии, Втч/кг

Запа-

саемая эне-

гия, Втч/дм

Срок хране-

ния, лет

Аккумуляторы

Свин-

цово-

кислот-

ный

РЬ

PbO2

2,1

55

2

37

70

3

Железо-

нике-

левый

Fe

NiOx

1,5

195

1,2

29

65

5

Никель-кадми-

евый

Cd

NiOx

1,35

165

1,2

33

60

5

Сере-

бряно-кадми-

евый

Cd

AgO

1,4

230

1,05

55

120

6

Сере-

бряно-цинко-

вый

Zn

AgO

1,85

285

1,5

100

170

-

Цинк

Zn

NiOx

1,75

185

1,6

55

110

-

Лити-

евый

U

SO2

2,9

100

2,8…2,2

100

250

4

Лити-

евый

U

SOCl2

3,6

120

3,5..3,0

140

300

6

Лити-

евый

U

MoO3

3,2

80

3-2,7

250

120

4

Лити-

евый

U

MoS2

2,4

190

1,8

50

140

10

 

 

При выборе аккумуляторной батареи необходимо спрогнозировать режим работы, характер изменения нагрузки, диапазон изменения силы тока и напряжения, температуру окружающей среды и др.

Параметры наиболее распространенных типов аккумуляторов приведены в табл. 4.

 

Таблица 4

Параметры наиболее распространенных типов аккумуляторов

Параметр

Свин-

цовые (кислот-

ные)

Железо-

нике-

левый

Никель-кадми-

евый

Никель-цинковые

Сере-

бряно-цинковый

Сере-

бряно-кадмиевый

Напря-

жение холостого

хода

2,15

1,4

1,35

1,8

1,86

1,4

Напря-

жение под нагрузкой

1,75…

1,9

1,1…1,3

1,1…1,3

1,5…1,7

1,3  1,5

1,1

Плотность энергии,

Втч

12-14

16

18

40

60

30

Запа-

саемая

энергия, Втч/см3

25…

3016,630

16,6

30

54

54

42

Цикли-

ческий

срок

службы (глубокие циклы)

1000

3000

1500

300

50

200

Характерис-

тики при низкой темпера-

туре (отношение емкости при 0°Cк емкости при 25°C, %)

60

35

65

40

35

50

Сохране-

ние заряда при 25°С (до емкости 80%), мес

18

3

6

6

6

9

Сохране-

ние заряда при 45°С (до емкости 80%), мес

6

1

1

1

1

2