Аккумуляторы и батарейки l Хуснияров Ильдар 8 кл.

Аккумуляторы и батарейки

Выполнил – ученик 8а класса

Хуснияров Ильдар

Проверила – учитель физики Мусина Оксана Рафаэльевна

МОБУ лицей с, Булгаково

Определения

Электрический аккумулятор  — химический источник тока, источник ЭДС многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Батарея  — группа соединённых параллельно или последовательно электрических двухполюсников. Обычно под этим термином подразумевается соединение электрохимических источников электроэнергии/электрического тока.

История

Первый прообраз аккумулятора , который, в отличие от батареи Алессандро Вольты, можно было многократно заряжать, был создан в 1803 году  Иоганном Вильгельмом Риттером . Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества.

Прародителем батареи последовательно соединённых электрохимических элементов можно считать вольтов столб, изобретённый  Алессандро Вольта  в 1800 году, состоящий из последовательно соединённых медно-цинковых гальванических элементов.

Иоганн Вильгельм Риттер

Алессандро Вольта

Соединения батареек

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Увеличивает общую ёмкость батареи, повышает предельный отдаваемый ток и снижает её внутреннее сопротивление.

Напряжение отдельного элемента определяется материалом его электродов и составом электролита и не может быть изменено. Последовательное соединение нескольких элементов повышает выходное электрическое напряжение батареи, причём полное напряжение батареи при последовательном соединении равно сумме напряжений всех элементов. Предельный отдаваемый ток последовательной батареи не превышает тока самого слаботочного элемента.

Параллельное соединение имеет ряд недостатков. При неравенстве ЭДС параллельно соединённых элементов между элементами начинают протекать уравнительные токи, при этом элементы с большей ЭДС отдают ток элементам с меньшей ЭДС. Усложняется режим зарядки аккумуляторной батареи.

Электродвижущая сила  (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока.

Основные типоразмеры

Тип

AAA

Номенклатура IEC JIS

Советское

AA

R03

R6

286

Форма

С

Цилиндр

Размеры, мм

316

D

R14

Напряжение, В

44,5 × ⌀10,5

Цилиндр

343

R20

—

50,5 × ⌀14,5

1,2—1,6

Обиход. название

6LR61

373

—

Цилиндр

1,2—1,6

«мизинчиковая», «микропальчиковая»

50,0 × ⌀26,2

Цилиндр

Крона

3R12

«пальчиковая»

Параллелепипед

61,5 × ⌀34,2

3336

1,2—1,6

Параллелепипед

«средняя»

48,5 × 26,5 × 17,5

1,2—1,6

9

«большая»

67 × 62 × 22

«крона»

4,5

«плоская»

Аккумуляторы: Виды

Литий-ионный аккумулятор

Свинцово-кислотный аккумулятор

Тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса, высокой удельной мощности . Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

Тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Преимущества в высокой энергетической плотности и низкого саморазряда.

Существует также аккумуляторы:   литий – кобальтовый, полимерный, фторный, марганцевый, аккумулятор, железо – сульфидный, железо – фосфатный;  никель - солевой аккумулятор;  натрий-серный аккумулятор,  железо-никелевый аккумулятор и другие.

Применение аккумуляторов

В большинстве случаев возможность систематического использования аккумуляторов есть только в портативных устройствах радиосвязи и иной цифровой технике, где используются литий-ионные аккумуляторы и система контроля заряда-разряда встроена в устройство. В бюджетном сегменте «простые» никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы используются в качестве бюджетной замены щелочных элементов питания (батареек). В качестве источника тока для бюджетного аккумуляторного электроинструмента используются никель-кадмиевые аккумуляторы.

Никель – кадмиевый аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор

Никель-металл-гидридный аккумулятор

Зарядка аккумуляторов

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор можно от любого источника постоянного тока с большим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток, пропорциональный 1/10 условной номинальной ёмкости аккумулятора.

Автомобильный аккумулятор

Однако, основываясь на техническом описании, распространяемом изготовителями широко применяемых электрических аккумуляторов, можно сделать предположение о том, что данный режим заряда, обычно именуемый  стандартным , рассчитывается исходя из продолжительности восьмичасового рабочего дня, когда разряженный в конце рабочего дня аккумулятор подключается к сетевому зарядному устройству до начала нового рабочего дня. Применение такого режима заряда для этих типов аккумуляторов при систематическом использовании позволяет соблюсти качественно-стоимостной баланс эксплуатации изделия. Таким образом, с подачи изготовителя данный режим можно применять только для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов.

Автомобильный аккумулятор

Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации.

Портативный аккумулятор

• Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q, в течении примерно 15-7 часов соответственно. Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.
• Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q, в течении примерно 15-7 часов соответственно. Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.

• Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.
• Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.

• Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.
• Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.

• Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда.
• Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда.

Методы заряда аккумуляторов

Медленный заряд постоянным током

Быстрый заряд

Ускоренный или «дельта-V» заряд

Реверсивный заряд