Содержание
устройство, эксплуатация, принцип работы и схема
Автономные источники электроэнергии являются одними из самых полезных изобретений человечества. Что такое телефон или радио, в которых не установлены аккумуляторные батареи? Устройство многих приспособлений, а также условия их использования не всегда предусматривают наличие постоянного сетевого электропитания, поэтому такие источники электроэнергии позволяют с комфортом осуществлять свою деятельность практически в любой точке мира. После небольшого предисловия давайте приступим к статье.
Что такое аккумуляторная батарея?
В широком смысле под этим понятием подразумевают устройство, что при одних условиях использования может накапливать какой-либо вид энергии, а при других – расходовать, чтобы удовлетворить нужды человека.
Аккумуляторы аккумулируют электричество от внешнего источника питания, а потом отдают её подключенным потребителям, чтобы они смогли делать свою работу. Так, когда устройства работают, постоянно протекают химические реакции между электролитом и электродными пластинами.
Кстати, подобная конструкция размещена в банках, из которых и формируются аккумуляторные батареи. Устройство данных конструкций предусматривает создание напряжения, как правило, 1,2-2 В, что весьма мало. Поэтому для увеличения показателей источников питания и применяются разные типы соединения.
Устройство данных источников питания предусматривает подключение к плюсу и минусу. Функционируют они следующим образом: когда к электродам подключается нагрузка (в качестве примера можно рассмотреть лампочку), то возникает замкнутая электрическая цепь. По ней начинает протекать ток разряда. Формируется он благодаря движению электронов, анионов и катионов. Более детальную информацию о том, что и как протекает, можно рассказать только на конкретном примере.
Допустим, что у нас есть аккумулятор, где положительный электрод – это окись никеля, в который был добавлен графит для повышения проводимости. Для отрицательной пластины применяли губчатый кадмий. Так вот, когда идёт разряд, то частицы активного кислорода выделяются и попадают в электролит.
При этом от них отделяются части, которые идут как электричество (те же электроны). Затем частицы активного кислорода направляются в сторону отрицательных пластин, где они окисляют кадмий.
Функционирование аккумулятора при заряде
Необходимо отключить нагрузку на клеммах пластин. На них же подаётся, как правило, постоянное напряжение (но может быть и пульсирующее, зависит от случая), которое больше, чем величина батареи, что заряжается. Причем полярность должна быть одинаковой. То есть минусовые и плюсовые клеммы потребителя и источника обязаны совпадать. Учтите, что зарядное устройство обязательно должно обладать большей мощностью, чем есть в аккумуляторе, чтобы подавлять остатки энергии в нем и создавать электрический ток, направление которого будет противоположным разряду. В результате меняются и химические процессы, которые протекают в аккумуляторной батарее.
Давайте рассмотрим пример из предыдущего подпункта статьи. Здесь уже положительный электрод будет обогащаться кислородом, а на отрицательном восстановится чистый кадмий.
Подводя итог, можно сказать, что во время заряда и разряда меняется только химический состав электродов. Это не относится к электролиту. Но он может испаряться, что негативно будет сказываться на времени работы батареи.
Итак, мы рассмотрели принцип работы любого аккумулятора. Теперь давайте узнаем, как во время эксплуатации можно улучшить их характеристики.
Параллельное соединение
Величина тока зависит от значительного количества факторов. В первую очередь под этим понимают конструкцию, применяемые материалы и их габариты. Чем большую площадь имеют электроды, тем большие показатели тока они смогут выдержать. Этот принцип используется для параллельного соединения однотипных банок в аккумуляторах. Такое делается, если необходимо увеличить значение тока, что идёт на нагрузку. Но вместе с этим приходится и поднимать мощность источника энергии.
Последовательное соединение
Если рассматривать банки, из которых состоят аккумуляторные батареи, то необходимо сказать, что они находятся, как правило, в одном корпусе.
Подобный тип соединения используется, чтобы получить большие показатели напряжения с меньшими потерями.
Увидеть применение этой конструкции можно, разобрав автомобильные батареи, которые являются свинцово-кислотными. Стоит сказать, что этот тип применяется не только в устройстве автомобильного аккумулятора, это просто самый вероятный способ разобрать, как же работает подобный тип соединения. В таком случае необходимо позаботится о том, чтобы не было металлического контакта, а существовала надежная гальваническая связь через электролит. Но это только нужно понимать в отношении данного типа. В других случаях по-другому будет реализовываться поставленная задача соединения.
Типы аккумуляторных батарей
Они разнятся из-за своего предназначения, возможностей, реализации и материала. На данный момент современным производством освоен выпуск больше трех десятков типов, которые отличаются своим составом электродов, а также применяемым электролитом. Так, например, li-ion аккумуляторы могут похвастаться семейством из 12 известных моделей.
Условно можно выделить следующие типы:
- Свинцово-кислотные.
- Литиевые.
- Никель-кадмиевые.
Это самые популярные представители. Но для понимания возможностей предлагаем ознакомиться со списком материалов, которые могут выступать в качестве электродов:
- железо;
- свинец;
- титан;
- литий;
- кадмий;
- кобальт;
- никель;
- цинк;
- ванадий;
- серебро;
- алюминий;
- ряд других элементов, которые, впрочем, встречаются очень редко.
Использование разных материалов влияет на получаемые выходные характеристики и, следовательно, на сферу применения. Так, к примеру, li-ion аккумуляторы применяются в компьютерных и мобильных устройствах. Тогда как никель-кадмиевые используются в качестве замены стандартных гальванических элементов. Теоретически все типы аккумуляторных батарей могут работать с любой нагрузкой. Вопрос только в том, насколько оправданным является такое применение.
Основные характеристики
Мы уже рассмотрели, что такое аккумуляторные батареи, устройство этих конструкций, из чего их делают.
Теперь давайте сосредоточимся на том, что влияет на их эксплуатацию. Важными для нас характеристиками являются:
- Плотностью называют характеристику соотношения количества энергии к объему или весу аккумулятора.
- Емкостью именуют значение максимального заряда аккумулятора, которое он может отдать во время процесса разряда, пока не будет достигнуто наименьшее напряжение. Данный показатель выражается в ампер-часах или кулонах. Также может указываться энергетическая емкость. Она измеряется в ватт-часах или джоулях. Задача такой емкости – сообщать о количестве энергии, что отдаётся во время разряда до достижения минимального допустимого напряжения.
- Температурный режим оказывает влияние на электрические свойства аккумуляторной батареи. Когда есть серьезные отклонения от рекомендованного производителем диапазона эксплуатации, то существует высокая вероятность выхода источника питания из строя. Это объясняется тем, что холод и жара влияют на интенсивность протекания химических реакций, а также на внутреннее давление.
- Саморазрядом именуют потери емкости, которые происходят после заряда батареи, когда отсутствует нагрузка на клеммах. Во многом этот показатель зависит от конструктивного исполнения и может увеличиваться, если нарушилась изоляция.
Вот такие характеристики аккумуляторных батарей и предоставляют для нас наибольший интерес. Конечно, если придётся делать что-то новое и эксклюзивное, ранее невиданное, то может понадобиться и что-то ещё. Но это весьма маловероятно.
Устройство электродов
В качестве примера мы возьмём свинцовые пластины. Хотя таковыми они были раньше. Современные пластины изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава. Благодаря этому достигается низкий уровень саморазряда батареи (50% емкости теряется за 18 месяцев). Также это позволяет экономно расходовать воду (всего 1 грамм на ампер-час).
Можно встретить и гибридную конструкцию, где, кроме свинца, в положительный электрод добавляется сурьма, а в отрицательный – кальций. Правда, в таких случаях имеется повышенный расход воды.
Чтобы повысить стойкость к коррозийным процессам, добавляют олово или серебро.
Электроды изготавливаются с решетчатой структурой, их покрывают слоем активной массы. Принцип работы аккумуляторной батареи в немалой степени зависит от того, какой материал используется для пластин. Мы рассматриваем свинцовые, которые просты для изучения, но ориентироваться на них всегда не рекомендуем.
Электролит
Рассматриваем все те же свинцово-кислотные батареи. В качестве электролита, в который они помещаются, чаще всего выступает серная кислота. Она обладает определённой плотностью, которая может меняться в зависимости от уровня заряда батареи. В данном случае действует принцип: чем больше, тем выше. Со временем электролит улетучивается, и емкость аккумуляторной батареи падает. На сроке службы сказываются особенности эксплуатации (соблюдение техники безопасности). В батареях электролит может быть двух типов:
- жидким;
- в виде пропитанного специального материала.
На данный момент наиболее распространён первый тип.
Эксплуатация аккумуляторных батарей
Использование аккумуляторов можно наблюдать практически везде. Вспомните свои мобильные телефоны или источники бесперебойного питания для компьютеров. В качестве примера можно привести и обычный фонарик (современные образцы всё чаще изготавливаются со встроенным аккумулятором и не рассчитаны на гальванические элементы). А автомобили? Системы «стоп-старт» и рекуперативного торможения работают от аккумуляторов, причем они выдвигают высокие требования к пусковому току, глубокому разряду и долговечности. Как видите, без этих источников питания сложно обойтись в современной жизни любому человеку.
Схема построения аккумуляторной батареи
Мы рассмотрели основную информацию о данных устройствах. Давайте ещё уделим внимание такому понятию, как схема аккумуляторной батареи. Ведь в рамках статьи по нему прошлись только вскользь. Аккумулятор современной схемы, согласно истории, был впервые создан французским физиком Гастоном Плантом. Площадь его творения превышала 10 квадратных метров! Современные батареи, по сути, являются просто значительно уменьшенными и немного доработанными копиями его аккумулятора.
Видимым для человека элементом является только корпус. Он обеспечивает общность и целостность конструкции.
Сборка аккумулятора для электровелосипеда
Статья обновлена: 17.12.2020
Аккумуляторную батарею для е-байка можно купить готовую, заказать ее изготовление «под себя» с нужными вам характеристиками или собрать своими руками. В каталоге Virtustec есть разные варианты аккумуляторных батарей, и мы собираем их на заказ в полном соответствии с пожеланиями клиента – из выбранных элементов питания, по заданной схеме, с необходимыми значениями емкости и напряжения. Технология сборки батарей на нашем производстве отработана до мелочей, и заказчики всегда получают продукцию отличного качества.
Но при желании вы можете собрать батарею для электро велосипеда самостоятельно. Сделать Li-ion батарею можно из элементов питания разной формы и размеров: цилиндрических или призматических, стандартного форм-фактора 18650 или другого типоразмера. Для соединения цилиндрических аккумуляторов используется точечная сварка и никелевая полоса.
Призматические аккумуляторы типа LiFePO4 обычно имеют клеммы с резьбой и легко собираются в батарею при помощи соединительных перемычек и болтов.
Необходимые компоненты и инструменты
Для сборки батареи электровелосипеда применяются:
- Li-ion аккумы 18650 или другого формата – их количество рассчитывается в зависимости от схемы сборки, которая в свою очередь зависит от заданных величин емкости и напряжения АКБ;
- BMS плата – обязательное дополнение литиевой батареи, обеспечивающее ее безопасную работу и долговечность;
- соединительные и балансирные провода, штекеры;
- никелевая лента и оборудование для точечной сварки (в крайнем случае – паяльник мощностью не менее 60–80 Вт) – для соединения элементов;
- холдеры – удобные держатели для ячеек;
- если используются элементы с резьбовыми клеммами – соединительные перемычки и болты;
- противопожарные пакеты;
- диэлектрические перчатки;
- защитные очки;
- амперметр;
- мультиметр;
- зарядное устройство;
- термоусадочная трубка большого диаметра – для герметизации готовой батареи;
- бокс, кейс, чехол или сумка для установки АКБ на электровелосипед (лучше использовать прочный и жесткий корпус).
Схема сборки АКБ для е-байка
Сборка АКБ для электрического велосипеда начинается с выбора схемы соединения «банок». Для суммирования напряжения элементы соединяются последовательно, а для суммирования емкости – параллельно. Например, LiFePO4 батарея из 12 последовательно соединенных ячеек по 2 в параллели имеет схему сборки 12S2P. Цилиндрические ячейки LiFePO4 типоразмера 32650 имеют вольтаж 3 В и емкость 5 Ач. Батарея из таких аккумуляторов, собранная по схеме 12S2P, имеет номинальное напряжение 36 В и емкость 10 Ач.
Для сборки батареи вольтажом 36 В из Li-ion ячеек напряжением 3,6–3,7 В используется схема 10S, а для получения 48-вольтной сборки – 13S. Количество таких параллелей зависит от заданной емкости. Аналогично определяется схема сборки литиевой аккумуляторной батареи с любыми заданными параметрами.
Последовательность сборки батареи
Процесс сборки АКБ для электровелосипеда из аккумуляторов литий-ионного типа включает следующие шаги:
- Подготовка ячеек с идентичными характеристиками в количестве, соответствующем схеме сборки.
- Соединение ячеек по выбранной схеме – с учетом полярности, несколько параллелей для набора емкости и последовательно для суммирования напряжения. Никелевая лента нарезается с запасом в 10 мм, кладется на контакты для создания соединений элементов и приваривается при помощи контактной сварки.
- Присоединение силовых и балансирных проводов.
- Вывод разъемов с использованием удлинителей.
- Последовательное соединение балансирующих проводов.
- Герметизация АКБ при помощи термоусадочной трубки.
- Погружение АКБ в корпус с выполненными заранее прорезями для проводов.
- Присоединение БМС платы – она защищает батарею от токовых перегрузок, избыточного заряда, глубокого разряда, КЗ, разбаланса по ячейкам и других негативных факторов.
- Вывод проводов, присоединение разъема для зарядного устройства.
- Герметизация выполненных в корпусе отверстий.
Правила безопасности
Собрать аккумулятор для электровелосипеда несложно, но нужно ответственно относиться к процессу сборки и четко соблюдать правила безопасности.
Элементы питания и собранную из них батарею нельзя ронять, ударять, нагревать, деформировать и подвергать другим воздействиям. Недопустимо использовать ячейки сомнительного качества или имеющие явные повреждения.
Необходимо беречь аккумуляторы от смены полярности, перезарядки, глубокого разряда, короткого замыкания, прямого воздействия солнечных лучей. Если используете паяльник, его воздействие на ячейки должно быть коротким – до 2 секунд, чтобы не допустить перегрева. Лучше использовать легкоплавкий припой и достаточно мощный паяльник с тепловой стабилизацией, чтобы быстро прогреть место пайки. Еще лучше – применять контактную сварку.
Выводы
Для качественной сборки Li-ion батареи используйте проверенные аккумуляторы с идентичными характеристиками. Для их соединения воспользуйтесь никелевыми полосами и аппаратом точечной сварки. При использовании «банок» с резьбовыми клеммами соединение выполняется с применением перемычек и болтов. Если вы не хотите экспериментировать с самостоятельным созданием аккумуляторной батареи, поручите ее изготовление специалистам нашей компании.
Предыдущая статья блога Virtustec посвящена выбору аккумуляторной батареи для лодочного мотора.
Можем собрать для вас аккумулятор, заполните только форму:
| Accreditation Standards | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| No. | Documents | Title | Free Download/ Buy | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. | MS ISO/IEC 17021-1:2015 | Оценка соответствия. Требования к органам, проводящим аудит и сертификацию систем менеджмента. Часть 1. Требования | *RM 90.00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. | ISO/IEC 17021-2:2016 | Оценка соответствия. Требования к органам, осуществляющим аудит и сертификацию систем менеджмента. Часть 2. Требования к компетентности в области экологического аудита и сертификации. Системы менеджмента | Интернет-магазин ISO | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. | ISO/IEC 17021-3:2017 | Оценка соответствия. Требования к органам, проводящим аудит и сертификацию систем менеджмента. Часть 3. Требования к компетентности для аудита и сертификации систем менеджмента. системы менеджмента качества | ISO Webstore | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. | MS ISO/IEC 17065: 2012 | Оценка соответствия — Требования для сертификации тел, процессов и услуг | *RM 60,00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7. | *RM 60,00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7. | *RM 60,00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7. | *RM 60.00 MS ISO/IEC 17024:2012 | Оценка соответствия. Общие требования к органам, осуществляющим сертификацию лиц.0005 ISO/IEC 27006:2015 | Информационные технологии. Методы обеспечения безопасности. Требования к органам, осуществляющим аудит и сертификацию систем менеджмента информационной безопасности | Системы управления безопасностью пищевых продуктов. Требования к органам, осуществляющим аудит и сертификацию систем управления безопасностью пищевых продуктов | Интернет-магазин ISO | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10. | ISO 50003:2014 | Системы энергоменеджмента. Требования к органам, проводящим аудит и сертификацию систем энергоменеджмента | Интернет-магазин ISO | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Малайзия. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Политики ACB | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| № | Документы
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4
/должностные лица. 
Убытки, оцененные в отчете, основаны на предварительном расследовании 
