Ликбез по аккумуляторным элементам

Итак, надеюсь, что Вы уже прочитали ЛИКБЕЗ ПО БАТАРЕЯМ и теперь хотите больше узнать о данной теме. Для этого углубимся внутрь аккумуляторных элементов, из которых батарея состоит.

Химия решает все!

Любой аккумуляторный элемент – это электрохимический источник тока. Химия внутри нее решает все и определяет все ее параметры. Именно с химией экспериментируют ученые, чтобы создать новые источники тока и улучшить старые. По химическому составу аккумуляторы делятся на большие группы: на сегодняшний день это аккумуляторы на основе свинца, никеля и лития. Добавляя дополнительную химию к этим трем основным металлам, ученые стараются получить новые требуемые свойства аккумулятора, а чистота используемой химии определяет их качество. Аккумуляторы на основе свинца еще какое-то время будут применяться как стартовые батареи, пока не отомрут окончательно. Никелевые элементы пока активно используют в батареях гибридов, но постепенно заменяются литиевыми, которые на сегодняшний момент является основными для подавляющего большинства применений: от смартфонов до электромобилей и систем хранения энергии. Активно ведутся поиски замены литию, но это уже технологии завтрашнего дня.

Основные потребительские параметры: все дело – в деталях!

Сейчас мы не просто повторим основные параметры аккумуляторов, описанные в «Ликбезе по батареям», но узнаем новые параметры, а также много тонкостей и деталей, которые особенно важны для автотранспортного применения.

1. Емкость. Как и в батареях, это — самый главный параметр аккумуляторных элементов, причем, в отличие от батарей, общепринят только один показатель: емкость по току в Ah. Она обозначается буквой «с». Это обозначение используется для указания других токовых параметров аккумулятора.

Например, указан максимальный ток заряда — 1с, и максимальный ток разряда 10с. Емкость равна 10Аh. Это значит, что ток заряда не должен превышать 10А, а ток разряда – 100А.

2. Удельная емкость. Показывает, какую емкость мы получаем с одного килограмма веса аккумулятора. Измеряется в Ah/kg. Это – важнейший параметр для разработчиков батарей. Они постоянно ищут, как его улучшить. Сегодняшний бурный рост производства электромобилей стал возможен именно благодаря тому, что удельная емкость литий-ионных аккумуляторов существенно превысила этот параметр у никелевых и свинцовых. И как только разработчики смогут улучшить удельную емкость в несколько раз, — начнется переход на электротягу и в авиации.

Здесь сразу надо обратить внимание на важный нюанс: зависимость параметров друг от друга при производстве аккумуляторов. Так, удельная емкость Li—ion элемента может достигать 250Ah/kg, но если изготовить высокотоковый Li—ion элемент, то удельная емкость снизится до 150Ah/kg. А если при этом еще требуется достигнуть очень длительный срок службы – снизится вплоть до 60Ah/kg.

3. Рабочее напряжение. Все важное уже сказано в статье «Ликбез по батареям».
4. Рабочий ток. Определяется конструкцией и химией, ограничивается внутренним сопротивлением.

Высокий рабочий ток является важным параметром для электроинструмента, причем даже в ущерб емкости.

5. Возможность быстрой зарядки. Аккумуляторы на литиевой и никелевой основе должны заряжаться при 1C или медленнее. Заряд током выше 1С является быстрым. При зарядке аккумулятора быстрым способом необходимо соблюдать следующие условия:
   • Батарея должна быть рассчитана на сверхбыструю зарядку и должна быть в хорошем состоянии.
   • Быстрая зарядка применяется только во время первой фазы зарядки. Ток зарядки должен быть снижен после того, как аккумулятор достигнет уровня заряда 70…80%.
   • Все ячейки в упаковке должны быть сбалансированы и иметь ультранизкое сопротивление. Стареющие элементы недопустимы.
   • Сверхбыстрая зарядка возможна только при умеренных температурах.
6. Долговечность. Зависит от химии и конструкции аккумулятора. Снижается если условия использования выходят за допустимые границы.

Долговечность, наряду с удельной емкостью, и возможностью быстрой зарядки, — важнейшие параметры для электротранспорта.

7. Остальные параметры соберем в этом последнем пункте. Это безопасность, стоимость, рабочий диапазон температур и саморазряд. От последнего показателя зависит срок хранения аккумулятора.

Безопасность важна для литиевых элементов, поэтому для них обязательно использование электронных схем защиты.

Саморазряд никелевых элементов существенно хуже литиевых. Поэтому никелевые батареи гибридных автомобилей плохо переносят длительный простой. Стоящий на приколе гибрид рекомендуется заводить для подзарядки один раз в месяц, а морозной зимой – один раз в неделю.