Мощность аккумулятора в чем измеряется


Хитрости измерения емкости аккумуляторов смартфонов и другой мобильной техники | Другие мобильные аксессуары | Блог

Как может показаться на первый взгляд, с емкостью аккумуляторов мобильных устройств все предельно просто и понятно — грубо говоря, чем больше миллиампер-часов (мА·ч)  в батарее, тем лучше, и тем дольше проработает девайс. Но подобный показатель, к которому привыкли все или почти все, не всегда отражает реальное положение дел, а значит, что сравнивать данные по емкости аккумуляторов у различных устройств не всегда корректно. Какие же секреты таят современные аккумуляторы, и какие дополнительные показатели могут пролить свет на их реальную емкость? Обо всем этом и пойдет речь в нашей статье, а также будут рассмотрены популярные методы измерения емкости аккумуляторов в домашних условиях.

Параметры аккумуляторов

Самую подробную информацию об аккумуляторе стоит искать на его корпусе или в специальных документах с детальным техническим описанием, именуемых «даташитами» (datasheet), а вот в обычных технических характеристиках устройства едва ли будут указаны все нюансы.

Тип аккумулятора — в современных устройствах обычно используется так называемые литий-полимерные аккумуляторы, которые являются слегка усовершенствованной версией литий-ионных аккумуляторов, а иногда на самом деле отличий никаких и нет, и это не более чем маркетинговая уловка. В бытовом понимании литий-полимерные батареи выделяются лишь тем, что имеют мягкий пластиковый мешочек вместо твердого корпуса.

Limited charge voltage — максимально возможное напряжение аккумулятора, повышение которого вызовет различные проблемы с батареей, вплоть до взрыва. Впрочем, бояться перезаряда не стоит, так как при зарядке должна сработать защита.

Nominal Voltage — среднее или рабочее напряжение аккумулятора, при котором он работает большую часть времени. Показатель стоит воспринимать как усредненное значение.

Typical Capacity — типичное, среднестатистическое значение емкости для используемого аккумулятора. Показатель указывается в мА·ч и/или Вт·ч.

Rated Capacity — минимальная емкость батареи, и тут нужно пояснить, что даже в рамках одной партии емкость аккумуляторов может немного отличаться, что вполне допустимо, а показатель Rated Capacity как раз и дает понять в каких пределах могут быть отклонения. Есть и случаи, когда фактическая емкость оказывается выше заявленной производителем.

В каких значениях измеряется емкость аккумулятора

Так сложилось, что почти все ориентируются на показатель в миллиампер-часах при указании емкости, что удобно как производителям, так и на самом деле и пользователям. Посудите сами, какая цифра выглядит более красивой, 5000 мА·ч или, к примеру, 19.25 Вт·ч? Очевидно, что второй показатель кажется маленьким и неудобным для того, чтобы прижиться у массового пользователя. Но давайте более подробно вникнет в суть терминов.

А·ч (ампер-час) — правильнее ампер-часы называть не единицей измерения емкости, а электрическим зарядом, показывающим, какой ток аккумулятор может выдать за один час. При этом важно знать номинальное напряжение аккумулятора, чтобы получить представление о его возможностях, так как 4000 мА·ч при 3.85 вольтах при переводе в Вт·ч, дадут меньшую емкость, чем 4000 мА·ч, скажем, с 7.4 вольта. Для мобильных устройств стандартным остается номинальное напряжение аккумулятора в 3.7, 3.8 или 3.85 В.

Вт·ч (Ватт-час) — является мерой энергии, показывающей то, сколько энергии будет получено или отдано в течение часа при приеме или отдаче энергии в 1 Вт. Считается, что ватт-часы наиболее точно отражают емкость аккумулятора.

И все-таки не на всех аккумуляторах обозначено значение в ватт-часах, либо оно по каким-то причинам дано неправильно. Но мы и сами можем рассчитать показатель, зная емкость в миллиампер-часах и номинальное напряжение. Достаточно перемножить известные числа, затем поделить их на 10000:

3700 мА·ч («емкость» в миллиампер-часах)  x 3.85 В (номинальное напряжение) : 10000 = 14.245 Вт·ч

Бывают случаи, когда производители, вместо номинального напряжения, показатель в мА·ч умножают на максимальное напряжение, что дает более солидную, но неправильную цифру в Вт·ч. По каким причинам это делают непонятно — возможно это ошибка, а может попытка ввести пользователя в заблуждение.

Впрочем, с подсчетом в любом случае не все так просто — ниже приведен график разрядки аккумулятора, по которому видно, что напряжение постепенно падает, а поэтому при умножении на номинальное напряжение получается лишь приблизительная цифра, которая, тем менее, обычно оказывается довольно близка к реальной. Погрешность может составлять около 1 Вт·ч (часто меньше), и почти всегда именно в ватт-часах реальная емкость оказывается меньше заявленной, даже если получится полное соответствие в миллиампер-часах.

Как самостоятельно измерить емкость аккумулятора

Реальную емкость аккумуляторов можно измерить самостоятельно, и самым популярным методом является использование USB-тестера. Обычно такие устройства действительно могут отобразить приблизительную, сравнительно точную емкость, но вариаций тестеров столько, что каких-то однозначных выводов делать не стоит.

Проблема в том, что тестеры подсчитывают только ту емкость аккумулятора, которая используется устройством, тогда как даже после полной разрядки всегда остается некий запас, необходимый для предотвращения глубокого разряда, очень вредного для аккумуляторов. В зависимости от модели мобильного устройства такой запас может составлять несколько сотен мА·ч или около 0.4–1 Вт·ч. Еще одна особенность USB-тестеров заключается в том, что не все они подсчитывают емкость в Вт·ч, а если и делают это, то на достоверность показателей рассчитывать не стоит.

Кроме того, более точные результаты получаются при разрядке, а не при зарядке батареи. И, наконец, в тестерах подсчет в мА·ч обычно происходит при 5 В напряжения, тогда как многие современные смартфоны поддерживают быструю зарядку при более высоком напряжении, в результате чего тестер выдаст низкие показатели емкости. Здесь придется либо использовать при зарядке блок питания, выдающий напряжение не более 5 В, либо самостоятельно пересчитывать результаты с учетом фактического напряжения.

В связи с этим возникает вопрос, есть ли более достоверные методы измерения емкости? Да, есть, правда самое точное оборудование недоступно простым пользователям, так как оно используется на производстве, стоит немалых денег и может иметь огромные размеры. Но есть и бюджетные аналоги в виде электронных нагрузок, которые доступны каждому.

Рассмотрим подобное оборудование на примере EBC-A10, которое способно как заряжать даже глубоко разряженные аккумуляторы, так и разряжать их, что нам и нужно для получения достоверных данных.

Стоит отметить, что правильнее всего измерять емкость батареи, когда она извлечена из устройства или когда отсоединен шлейф, соединяющий ее с основной платой девайса.

Проще всего тестировать съемные батареи, для извлечения которых не нужно разбирать устройство. Вначале добиваемся полной разрядки девайса, так, чтобы он автоматически выключился. После подключаем аккумулятор к электронной нагрузке и дополнительно разряжаем его примерно 30–60 секунд током 0.2 C (20% от заявленной емкости аккумулятора), в результате чего получим напряжение, которое нам пригодится для того, чтобы узнать используемую мобильным устройством емкость батареи.

В аккумуляторах смартфонов напряжение при отключении устройства варьируется примерно от 3.2 до 3.5 вольта.

Затем полностью заряжаем аккумулятор через мобильный девайс и вновь ставим его на разрядку через электронную нагрузку, снова тем же током 0.2 C. В настройках программы EB Tester Software, которая нужна для проведения подсчетов и построения графиков, выставляем разрядку сначала до напряжения, полученного в предыдущем тесте, а затем до значения 2.8 вольта. Меньше уже ставить опасно для аккумулятора — он может перестать заряжаться даже через электронную нагрузку (а именно через нее потом придется заряжаться для получения более высокого напряжения), не говоря уже о смартфонах и планшетах, да и на общее значение емкости это почти никак не повлияет, так как после разрядки примерно до 3 вольт напряжение уменьшается очень быстро.

В итоге получаем емкость как в привычных для многих мА·ч, так и в более правильных Вт·ч, причем программное обеспечение ведет непрерывный подсчет с учетом снижающегося напряжения, и по итогу получаются более точные цифры, чем в том случае, если бы просто умножили номинальное напряжение на заявленные производителем миллиампер-часы.

Итоги

У производителей давно существуют различные маркетинговые хитрости, благодаря которым удается добиться красивых цифр в спецификации под названием «емкость аккумулятора», и лишь изредка в технических характеристиках устройств указывается емкость в Вт·ч, по которой было бы правильнее делать сравнения с другими моделями. Но даже это значение является приблизительным.

Впрочем, явным обманом это трудно назвать, ведь миллиампер-часы (мА·ч) обычному пользователю удобнее для восприятия, а сильно завышенная информация о емкости встречается обычно только в некоторых девайсах от не слишком известных производителей. Правда многое зависит и от вида устройства, и если смартфоны с завышенной в характеристиках емкостью батареи встречаются все реже, то у портативных аккумуляторов реальные показатели пока не всегда соответствует ожиданиям.

Не стоит забывать и том, что большая емкость батареи, насколько бы честной она не была, еще не гарантирует продолжительное время работы устройства, так как многое зависит от оптимизации операционной системы и софта, а также от максимальной яркости дисплея, дополнительных функций и от используемого железа, которое не всегда может быть энергоэффективным.

В чем измеряется ёмкость аккумуляторов

10.04.2017 13:11

В чем измеряется ёмкость аккумуляторов

Изначально повелось, что ёмкость аккумуляторов измеряют в ампер-часах (миллиампер-часах, mAh), но сущетвует и другая физическая единица измерения, которая так же может характеризовать ёмкость батареи - это ватт-часы (Wh, Втч).
Некоторые считают, что это более точная единица, чем которую не удалось привить в нашей стране, мотивируя тем, что при ее расчете напрямую учитыватся напряжение, выдаваемое источником питания. Например, элемент с напряжением 3,6 В и зарядом 1000 мАч имеет меньшую в два раза ёмкость (3,6*1000=3600 мВч или 3,6 Вч), чем элемент с напряжением 7,2 В и зарядом в те же 1000 мАч (7,2*1000=7200 мВч или 7,2 Вч). И выдаст второй элемент, соответственно, в два раза больше энергии, и аппарат будет работать в два раза больше по времени.
Формально, это все, конечно, верно. Но на практике, каждый телефон, ноутбук или другой аппарат, рассчитан на свою, заложенную производителем, величину напряжения. И если засунуть в него элемент с бОльшим напряжением, то либо сработает схема защиты гаджета, или избыточное напряжение выведет из строя различные элементы на плате аппарата.
Тем не менее, сейчас производители, как правило, указывают на этикетках аккумууляторов и эту единицу измерения ёмкости - ватт-часы.

что это такое, что означают единицы измерения в аккумуляторах, как выбрать АКБ

Изучая параметры смартфона или планшета в разделе “Батарея” основных характеристик можно встретить значение 2000 или 3000 мА∙ч. Эта статья расскажет о том, что это такое и определить реальную емкость АКБ смартфона или планшета.

 

Что такое мАч

Емкость аккумуляторов измеряется в миллиампер-часах.

mA∙h, мА∙ч – сокращение от миллиампер-час. Это производная от другой единицы (ампер-час) и используется для измерения емкости аккумуляторов, используемых для работы ноутбуков, мобильных телефонов, планшетов. В ампер-часах измеряется емкость автомобильных стартерных батарей.

Физический смысл этой единицы – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника и обеспечивающий силу тока в 1 ампер в течении 1 часа.

Но это в теории. На практике емкость измеряется в ходе 20 часового разряда полностью заряженного аккумулятора (4.2В) до минимально допустимого напряжения (2.5 или 2.75 В) при постоянной нагрузке. Такой подход к измерению используется вследствие искажения результатов измерения при меньшем времени разряда (1-3 часа) из-за нагрева аккумулятора при протекании электрического тока и увеличивающихся из-за этого потерь энергии.

Что значит mA∙h на аккумуляторе

Характеристика емкости на аккумуляторе.

Применительно к аккумуляторам мобильных устройств, эта величина косвенно указывает на время работы автономной работы. Чем она больше, тем дольше проработает смартфона или планшет.

Но большие значения, заявленные производителем, не всегда гарантия продолжительной работы гаджета. Некоторые устройства с батареей емкостью 10000 мА∙ч едва могут проработать 2-3 дня вместо 1.5 недель из-за низкой энергоэффективности экрана и процессора.

Как переводить mA∙h в Wh и обратно

Ватт-часы (Вт∙ч, W∙h) – еще одна единица измерения емкости аккумулятора. Некоторые производители используют ее вместо мА∙ч.

Эти единицы взаимосвязаны и конвертируются без каких-либо сложностей по следующим формулам:

  • мА∙ч в  мВт∙ч: W∙h = V ∙ mA∙h;
  • мВт∙ч в мА∙ч : mA∙h =  W∙h/V.

Пример перевода. Аккумулятор телефона имеет емкость 6.475 мВт∙ч. В мА∙ч это будет 1750 мА∙ч: mA∙h =  W∙h/V = 6.475/3.7=1.750.

Как определить реальные характеристики АКБ

Измерить реальную емкость аккумулятора смартфона или планшета можно 2 способами: программно и аппаратно. Для программного определения используется приложение AccuBattery.  Во втором случае для проверки понадобится простой USB-тестер.

USB-тестер для определения реальных характеристик аккумулятора.

Порядок действий следующий:

  1. Разрядить батарею до отключения устройства.
  2. Обнулить значения предыдущих измерений на USB-тестере.
  3. Поставить телефон на зарядку через USB-тестер, подключенный к зарядному устройству. Дождаться ее завершения.

Значения, отображенные на экране тестера в графах W∙h и mA∙h – это приблизительная емкость батареи. Более точные значения можно получить, обработав их вручную.

Если полученное значение получилось в  W∙h, то нужно рассчитать емкость в  mA∙h по формуле  mA∙h =  (W∙h/3/7)∙0.9, где 0.9 это КПД зарядного устройства. Для значения в  mA∙h формула расчета другая:  mA∙h = (( mA∙h∙5)/3.7)∙0.9.

Подводя итог, можно сказать, что  mA∙h это один из ключевых параметров смартфона, от которого зависит время автономной работы.

Как измерить? Как увеличить? Расчеты

Что такое емкость?

Первичные источники – батарейки, как и вторичные — аккумуляторы, характеризуются несколькими основными параметрами, которые определяют длительность и качество их работы в технических устройствах. Одним из определяющих параметров является емкость. Это величина количественная, которая показывает сколько электрической энергии можно получить от работы элемента под током разряда в течении некоторого времени.

В чем измеряется емкость батареи?

            В Международной системе единиц (СИ) единица измерения принята в кулонах. 1 Кл = 1А*с – количество электрической энергии при токе 1 А за 1 с.

            Практически используют внесистемную единицу 1А*ч = 3600Кл, т. е мы имеем не емкость, а электрический заряд или количество электричества.

Как обозначается емкость батареи?

            При расчетах принято буквенное обозначение – C б, мА*ч. Физически это означает электрический заряд при токе 1 А в течение часа.

Как рассчитать емкость батареи?

(Определить, узнать)

            Для расчета используем простую формулу:

C б = I н * t, где:

  • C б – емкость батареи, мА*ч;
  • I н – ток нагрузки, мА;
  • t – время работы, ч.

            На вторичных источниках эта величина указана на корпусе или упаковке в виде числового значения. Например: 900 мА*ч или 550 мА*ч. Чем больше величина этого значения, тем дольше будет работать прибор с данным источником питания от зарядки до зарядки.

            Для первичных источников питания, которые не подлежат повторной зарядке, это значение считается принятым:

Обозначение (маркировка) Вид батареи C б, мА*ч
AA R6, солевая (1)LR6, щелочная (2)FR6, литиевая (3) 1100 – 3500
AAA R03, (1)LR03, (2)FR03, (3) 540 – 1300
B LR12, (2) 8350
C R14, (1)LR14, (2) 3800 – 8000
D R20, (1)LR20, (2) 8000 – 19500
N R1, (1)LR1, (2) 1000
1/2AA R14250, (1) 250
R10 R10, (1) 1800

            Из таблицы наглядно видно, какая емкость у обычных батареек, это значение не указывается на корпусе или упаковке, как у аккумуляторов. Но показатель очень важен с точки зрения длительности работы элемента в техническом приборе или устройстве.

Как измерить емкость?

          Для примера можно взять любую аккумуляторную батарею либо прибор, хорошо подойдет сотовый телефон. При помощи тестера проведем замер тока нагрузки. Далее нужно полностью разрядить аккумулятор и поставить на зарядку. Замерить время до его полной зарядки, посчитать по формуле:

C б  = I н * t.

            Если ток потребления 1,15 А или 1150 мА, время зарядки составило 3 часа, то в итоге получаем:

C б = 1150*3 = 3450 мА*ч.

Как измерить емкость батарейки мультиметром?

            Величину C б в числовом выражении измерить мультиметром фактически не получится. Однако можно измерить один показатель, в данном случае, ток нагрузки I н и подставляя в формулу – I н * t, после проведения зарядки батареи за определенный промежуток времени — t, произвести расчеты значения C б.

Как увеличить емкость батареи?

            Для того, чтобы увеличить это значение, нужно знать от чего зависит емкость батареи:

  • Типа элемента — солевой, щелочной или литиевый.
  • Температурного режима эксплуатации — одни батарейки (солевые) не рассчитаны на отрицательные температуры, другие (литиевые) при морозе работают лучше. Перегрев также негативно влияет на работу источников питания.
  • Целостности корпуса элемента — деформация отрицательно влияет на химическую реакцию внутри устройства, разгерметизация и протечка электролита делает ее полностью не пригодной.

            Существует способ, как повысить емкость батареи, например аккумуляторной. Для этого ее нужно «раскачать», т. е разрядить полностью и снова зарядить. Так проделать несколько раз.

            Можно воспользоваться «народным» методом, однако не имеющим подтверждений с научной точки зрения. Требуется положить батарейку в морозильную камеру холодильника на ночное время. Показатель C б немного вырастет, но существенного увеличения, к сожалению, не получится.

            Если в приборе (планшете, телефоне) есть возможность включения экономичного режима или экономии энергопотребления, то его можно включить, тем самым мы снижаем нагрузку, увеличиваем время работы, и как бы увеличиваем емкость источника питания.

Как соединить батарейки чтобы увеличить суммарную емкость?

          Для достижения поставленной цели по увеличению технических характеристик источника питания при работе прибора либо устройства есть варианты различного соединения элементов электрической цепи.

            Существует два метода или схемы подключения:

  1. Последовательное соединение.
  2. Параллельное соединение.

            Емкость батареи при последовательном и параллельном соединении будет разная. Первый способ даст увеличение только суммарного напряжения, а второй — увеличит суммарную C б во столько раз, сколько будет взято элементов в схеме:

C = C1 + C2

            Прежде чем приступить к эксперименту, нужно взять два аккумуляторных источника питания с одинаковой степенью износа и зарядки, два диода. Для параллельного соединения минусы батарей нужно соединить вместе, а плюс одной к аноду одного диода, плюс другой к аноду другого. Катоды диодов также надо соединить между собой. Включить нагрузку минусом в точку соединения отрицательных клемм элементов, плюсом в месте соединения диодных катодов. Такая схема соединения увеличит C б в два раза. Собирать такую цепь без диодов нельзя, т. к. элементы питания разрядятся один через другого.

Выводы

  1. Электроемкость батареи важнейший показатель количества электрической энергии и продолжительности ее работы, выраженные в числовых значениях. Ее можно определить, подсчитать, увеличить используя различные методы.
  2. Емкость батареи (объем) может быть различной как для первичных источников, так и для вторичных, но вторые можно повторно заряжать с помощью ЗУ (зарядных устройств).
  3. Емкость батарейки зависит от типа элемента, химической реакции, внешних условий, тока нагрузки, срока годности и способа эксплуатации. При нарушении правил использования можно быстро испортить батарейку, а при грамотном подходе время ее использования можно значительно продлить.
  4. Батарейки или аккумуляторы, изготовленные известными производителями, как правило, хорошо зарекомендовали себя на потребительском рынке, тем, что гарантируют заявленные технические характеристики и качественную бесперебойную службу в устройствах длительное время.

 

Batareykaa.ru

как и чем ее проверить, как измерить емкость аккумулятора своими руками

Самым важным параметром каждой АКБ является его емкость аккумулятора. Она определяет количество энергии, отдаваемой им за каждый отрезок времени. Это касается всех батарей от автомобильных до телефонных. Знать о них и понимать устройство важно, поскольку при использовании батареи не той емкости могут возникнуть серьезные проблемы при запуске этих устройств.

Единицы измерения этой величины – Амперы или Миллиамперы / час. По данному параметру осуществляют выбор АКБ для техники, руководствуясь рекомендованными значениями. При нарушении рекомендаций, к примеру, автомобиль может не запуститься зимой.

Что такое емкость батареи или аккумулятора

Все аккумуляторы обычно украшают надписи вроде 55, 70 Ah либо 1800mAh. Такое обозначение говорит о том, что емкость данного аккумулятора – соответственно 55 Ампер или долей Ампер в час, только в переводе на английский – A/hour. Его нужно отличать от другого параметра – напряжения, которое пишется в Вольтах.

Стандартный аккумулятор

Показатель Ah показывает, сколько батарея проработает в течение часа на нагрузку 60 Ампер и напряжение 12,7В. Другими словами, емкость – это запас энергии, который в себе способен удерживать аккумулятор.

И если будет меньше, чем 60А нагрузки, то батарея продержится дольше 60 минут.

Как быстро проверить емкость любого аккумулятора

Чаще всего вместимость аккумулятора измеряется с помощью тестера. Это прибор для быстрых измерений. Он работает автоматически, для его применения не нужны никакие дополнительные познания. Временные затраты составляют не более 15 секунд. Все, что требуется – подключить тестер к источнику питания и надавить на единственную кнопку, после чего он начинает определять емкости подключенных аккумуляторов.

Его используют при выборе батареи, сравнивая остаточную и номинальную вместимость, которая официально указана на устройстве. Если разница составить больше 50%, то АКБ нельзя эксплуатировать.

Какой использовать прибор для точного измерения емкости любого аккумулятора

[adinserter block=»2″]

Показатель емкости определяет плотность электролитов, она определяется с помощью особого прибора – ареометра. На новых батареях всегда указаны основные параметры. Однако эта величина определяется и самостоятельно.

Маленький аккумулятор

Наиболее простым способом являются обычные тестеры наподобие «Кулона». С помощью этого прибора измеряют вместимость и напряжение АКБ в автомобиле. Это требует минимальных затрат сил и времени при достижении достоверных результатов.

Чтобы воспользоваться «Кулоном», нужно подсоединить его к клеммам аккумулятора, после чего он начнет определять силу напряжения и величину вместимости.

Используется множество других способов вычисления данных параметров. Классическим является измерение с помощью мультиметра аккумулятора авто. Для того чтобы это осуществить, в нем должен быть полный заряд и соединение с потребителем (достаточно обычной лампочки в 60Вт). Однако даже это не гарантирует абсолютной точности показаний.

Прибор мультиметр

Первым шагом после сбора цепи из самой батареи, мультиметра, лампочки станет подача напряжения. В случае если на протяжении 2 минут лампочка не гаснет (если это не так, батарею не восстановить), брать показания «Кулона». Как только показания будут падать ниже стандартов напряжения аккумулятора, он начинает разряжаться. Замерив время, потребовавшееся для окончательного израсходования энергии и ток нагрузки потребителя, нужно эти показания друг на друга умножить друг на друга. Получившееся число и есть вместимость батареи.

В случае отличия результата от официального значения аккумулятор нужно заменять. Мультиметр позволяет посчитать емкость любой батареи. Неудобство такого способа в больших временных затратах.

Во втором способе измерения обеспечивают разрядку АКБ с помощью резистора по специальной схеме. С помощью секундомера определяется время разряда. Однако важно не разрядить АКБ полностью, предохраняясь от этого посредством реле.

Как сделать прибор собственными руками

[adinserter block=»3″]

Если под рукой необходимой техники нет, реализовать устройство можно самому. Подойдут нагрузочные вилки. Их всегда много в продаже, но их собирают и самостоятельно. Ниже рассмотрен такой вариант.

Схема вилки

У данной вилки расширена шкала, что позволяет достичь высочайшей точности показания. В строено сопротивление нагрузке. Диапазоны шкалы делятся напополам, благодаря чему понижается погрешность показаний. Прибор оснащен 3-х вольтовой шкалой. Это дает возможности проверить отдельные банки батареи. Шкалы в 15В достигают посредством понижения на диодах и стабилитронах напряжения.

Показание тока прибора вырастет, как только значения напряжения станут больше уровня открытия стабилитрона. Во время подачи напряжения не той полярности диоды оказывают защиту. На картинке: SB1 – тумблер, R1 является передатчиком требуемого тока, R2 и R3 – резисторами, предназначенными для M3240, R4 – определителями ширины узких диапазонов шкал, R5 – нагрузочным сопротивлением.

Как в домашних условиях узнать емкость телефонного аккумулятора

При использовании сотового телефона его аккумулятор подвергается постоянной деградации. Этого процесса не избежать, он естественен. Это происходит вне зависимости от модели, цен, функций телефона. Чтобы точно понимать, сколько еще прослужит аккумулятор в устройстве, нужно измерять текущую его емкость. Это позволит вовремя заменить батарею до того, как она начнет отключаться в самое неподходящее время.

Вздутый аккумулятор

В первую очередь нужно осмотреть батарею. Опасные проблемы в литиевой батарее видны сразу: корпус может вздуваться, быть полным следов коррозий, пятен зеленоватых и белых оттенков.

При обнаружении признаков вздутия дальше использовать такую батарею опасно. Это может спровоцировать замыкание электросхем в телефоне. Возможно начало вздутия с маленькой выпуклости вплоть до серьезных деформаций. К настораживающим фактором относится и быстрое падение заряда в телефоне.

На сегодняшний день существует множество приложений для измерения текущей вместимости телефона.

Чтобы точно определить вместимость батареи, используют метод продвинутого зарядного устройства. Аккумулятор полностью разряжают, затем подключают к данному устройству. Оно, в свою очередь, высчитывает вместимость аккумулятора с учетом времени и значения тока.

Различия нагрузки

[adinserter block=»4″]

Параметры каждого автомобиля разные. Различаются их объемы двигателей, вместимости аккумулятора. В легковом авто обычно АКБ вместимостью 40-45А, а в большой машине около 60-75А.

Причины этого кроются в пусковом токе – чем меньше батарея, тем меньше в ней электролитов, свинца и т.п. Чем он больше, тем больше количество энергии, которую может отдавать в один момент. Исходя из этого, на малолитражке способны успешно работать крупные АКБ, а маленькие недопустимо вставлять в крупный автомобиль.

Зависимость от корпуса

Аккумуляторы разных размеров

Вместимость прямым образом связана с числом электролитов и свинца АКБ. Из-за этого батареи маленькой вместимости будет гораздо меньше в объеме и весе, чем более вместительные батареи. По этим причинам на малолитражку никогда не ставят большие аккумуляторы, так как это не имеет смысла – в этих машинах мало пространства под капотом. А маленькая батарея прекрасно справляется с функцией запуска мотора.

Уменьшение емкости

Любая батарея подвержена воздействию амортизации, ее вместимость становится меньше со временем. Обычные аккумуляторы служат около 3-5 лет. Наиболее качественные экземпляры сохраняются в хорошем состоянии до 7 лет.

Когда вместимость падает, батарея теряет способность давать достаточно пускового тока. Тогда ее приходит пора заменять. К основным причинам падения вместимости относятся:

  • Скопление серной кислоты на плюсовой пластине. Она может полностью перекрыть все поверхности, ухудшается контакт с электролитами, вместимости падает.
  • Пластина осыпается из-за перезарядов, тогда происходит недостаток электролитов. Это ведет к мгновенному понижению емкости батарей.
  • При замыкании банки и соединении минусовой и плюсовой пластин друг с другом происходит снижение емкости батареи. Тем не менее, ее восстанавливают.

От чего зависит текущая емкость АКБ?

[adinserter block=»5″]

В течение всего срока службы аккумуляторной батареи ее емкость меняется. На начало своей работы они обладают наибольшей емкостью, поскольку пластины активно разрабатываются. Затем наступает период стабильной работы, и вместимость держится на одном и том же уровне. Дальше начинается спад вместимости по причине изнашивания пластин.

Процесс проверки аккумулятора

Вместимость аккумулятора меняется в зависимости от наличия активных материалов и конструкции электродов, электролитов, их температур и концентрации, величин разрядного тока, амортизации батареи, концентрации дополнительных налетов в электролитах и от многих других факторов.

С повышением разрядного тока вместимость АКБ понижается. При быстрой, спровоцированной специально разрядке АКБ теряют меньше вместимости, чем при более плавных режимах с малыми величинами тока. Исходя из этого на корпусе фиксируются показатели для 4, 15, 100 часов разряда. Вместимости одних и тех же АКБ при этом меняются крайне сильно. Меньше всего вместительность при 4 часах разрядки, а больше всего прочего – при больших отрезках времени.

Также показатели емкости меняются при повышении температуры электролитов, однако при повышении предельно допустимых норм происходит снижение сроков службы. Причины этого кроются в том, что при повышенной температуре электролиты проникают в активную массу, ведь их вязкость уменьшается, а сопротивление наоборот растет. Из-за этого в реакциях разрядки активной массы больше, чем во время заряда с пониженной температурой.

При особенно маленькой температуре вместимость АКБ снижается так же, как и ее полезное действие.

С увеличением концентрации электролитов повышается и емкость аккумулятора. Однако АКБ быстрее портится, так как разрыхляется активная масса аккумулятора.

Таким образом, проверка емкости аккумулятора необходима на всех этапах его жизни.

Как измерить ёмкость аккумулятора

Определение ёмкости аккумулятора. Физический смысл

Ёмкость аккумуляторной батареи определяет количество времени, в течение которого АКБ сможет давать энергию на полезную нагрузку. Емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах. Сама физическая единица показывает, что ёмкость аккумуляторной батареи — это произведением тока разряда аккумулятора (в амперах) на время разряда АКБ (в часах).
Ёмкость аккумуляторной батареи — это физическая величина, которая вместе с напряжением батареи определяет количество энергии, которую способна дать полностью заряженная аккумуляторная батарея. Не следует путать понятия ёмкости аккумуляторной батареи и заряда (заряженность) аккумулятора. Ёмкость определяет потенциал аккумуляторной батареи, то есть количество времени, в течение которого АКБ сможет обеспечить питание нагрузки, если аккумуляторная батарея полностью заряжена.

Реальная ёмкость аккумулятора определяется несколькими факторами: величиной приложенной нагрузки, температурой батареи. Чем больше приложена нагрузка, тем быстрее происходит разряд батареи. Чем ниже температура, тем меньше ёмкости имеет батарея. Ёмкость аккумулятора — величина, зависящая от способа и условий измерения, поэтому её необходимо рассматривать в соответствии с технической документацией к батареи. Обычно производитель определяет длительным способ разряда батареи (в течение 20 часов) при комнатной температуре (20 градусов).

Определение ёмкости аккумулятора методом длительного разряда

Стандартным лабораторным методом определения ёмкости аккумулятора является метод длительного контрольного разряда. В начале аккумуляторную батарею полностью заряжают, а потом разряжают постоянным малым током. Одновременно ведут учёт времени разряда батареи. Ёмкость аккумулятора вычисляют как произведение силы тока на время. Сложность метода состоит в необходимости поддерживать постоянное значение силы тока разряда, для этого используют специальное оборудование.

Бытовым способом измерения ёмкости аккумулятора является метод разряда АКБ с помощью постоянной нагрузки. При этом используют в качестве нагрузки одну или несколько автомобильных ламп, выбирая нагрузку из расчета 1/20 величины номинальной ёмкости. Время засекается по обычным часам. Такой метод имеет неточность, так как напряжение АКБ в течение тестирования снижается, и, следовательно, меняется ток нагрузки. Следует так же опасаться полного (глубокого) разряда АКБ, это может привести к поломке батареи.

Еще один способ измерения ёмкости аккумулятора также основан на использовании метода длительного разряда. В этом случае используется специальная электронная схема и электронные часы, подключенные в схему. Такую схему можно найти на страницах журналов радиолюбителей.

Собрать её сможет опытный радиолюбитель или профессиональный электронщик, для каждого аккумулятора придется подобрать расчетным путём необходимые значения сопротивления нагрузки. Измерение проводится так же в течение 20 часов.

Определение ёмкости аккумулятора с помощью специального электронного тестера

Для быстрого определения ёмкости аккумулятора можно использовать специальные тестеры ёмкости аккумуляторов. Работа таких устройств основана на проведении серии специальных измерений. Для определения ёмкости тестер отправляет несколько зондирующих импульсов в подключенную аккумуляторную батарею. Получив обратный сигнал, тестер проводит их распознание и с помощью микропроцессора делает необходимые вычисления ёмкости аккумулятора. Полученный результат выводится на электронный дисплей устройства.

Одним из таких приборов является тестер ёмкости аккумуляторных батарей SKAT-T-AUTO.

Тестер ёмкости аккумулятора SKAT-T-AUTO является полностью автоматический прибором, не требует специальных знаний для проведения измерений. Тестер предназначен для быстрой оценки технического состояния герметичных и негерметичных свинцово-кислотных АКБ с номинальным напряжением 12 В и номинальной ёмкостью от 1,0 до 120 Ач.

Тестер емкости аккумулятора позволяет определить ёмкость аккумулятора с необходимой для эксплуатации АКБ точностью всего за 15 секунд.  Работа с прибором очень проста. Нужно отсоединить батарею от прибора, в котором она установлена, подсоединить к тестеру с помощью специальных зажимов и нажать всего одну кнопку.

После определения остаточной ёмкости батареи, её сравнивают с номинальной ёмкостью новой батареи, указанной в паспорте изделия. Если остаточная ёмкость батареи менее 50 %, то её необходимо вывести из эксплуатации и провести восстановление или замену батареи.

Читайте также:

Состояние заряда аккумулятора - что это такое и как оно измеряется

Считала эту статью полезной?
Подпишитесь на нашу рассылку новостей!

Знание состояния заряда аккумулятора похоже на знание количества топлива в топливном баке: это важная информация как для спокойствия, так и для безопасности. Чтобы избежать застревания с разряженной батареей, необходим точный мониторинг батареи.

  • Метод ареометра - Использование ареометра позволяет измерить удельный вес вашей батареи, но это можно сделать только с затопленными батареями, а не с малообслуживаемыми, абсорбирующими стеклянными матами или гелевыми батареями.Использование ареометра - потенциально опасная и грязная работа, связанная с контактом с раствором аккумуляторной кислоты и сульфата свинца.
  • Метод вольтметра — Мониторинг напряжения позволяет измерять потенциальный заряд вашей батареи. Разница между полностью заряженным аккумулятором и полностью разряженным составляет всего 1,0 В в системе с 12 В, поэтому измеритель должен иметь хорошее разрешение и точность. Этого метода обычно достаточно для контроля аккумуляторов, которые периодически используются, например, стартерных или подруливающих.Однако, чтобы это измерение было достоверным, аккумулятор не должен заряжаться или разряжаться более 12 часов. Это делает этот метод непригодным для мониторинга домашних аккумуляторов, которые большую часть времени находятся в состоянии заряда или разряда.
  • Метод оставшихся ампер-часов - Лучший способ точно измерить состояние заряда батареи - это непрерывно контролировать напряжение, силу тока и оставшиеся ампер-часы. Это комплексный расчет доступной энергии, потребляемой энергии и энергии, возвращаемой батарее при зарядке.Это также добавляет в уравнение важный элемент времени. Blue Sea Systems рада представить систему мониторинга аккумуляторов в системе Vessel Systems Monitor VSM 422, которая сочетает в себе лучшие характеристики мониторинга напряжения и тока при использовании внутреннего компьютера для расчета состояния заряда в условиях как высокого, так и низкого тока. Предлагая точный и своевременный мониторинг состояния заряда аккумулятора, VSM 422 предоставляет яхтсменам жизненно важную информацию, чтобы гарантировать, что они никогда не пострадают от разрядки аккумулятора в море - основной причины, по которой лодке требуется помощь при буксировке.

.Характеристики батареи

- Как определить и протестировать батарею

Технические характеристики, стандарты и реклама

Батареи

могут рекламироваться как Long Life, High Capacity, High Energy, Deep Cycle, Heavy Duty, Fast Charge, Quick Charge, Ultra и другие, плохо определенные параметры, и существует несколько отраслевых или юридических стандартов, точно определяющих, что каждый из этих терминов средства.Рекламные слова могут означать все, что хочет продавец. Помимо базовой конструкции батареи, производительность фактически зависит от того, как используются батареи, а также от условий окружающей среды, в которых они используются, но эти условия редко, если вообще когда-либо, указываются в рекламе для массового рынка. Для потребителя это может сбивать с толку или вводить в заблуждение. Однако сама аккумуляторная промышленность не использует такие расплывчатые термины для определения характеристик батареи, а спецификации обычно включают заявление, определяющее или ограничивающее условия эксплуатации или окружающей среды, в которых может быть достигнута заявленная производительность.

В следующем разделе описаны основные параметры, используемые для характеристики элементов или батарей, и показано, как эти параметры могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Кривые разряда

Энергетические элементы

были разработаны для широкого спектра применений с использованием множества различных технологий, что привело к широкому диапазону доступных рабочих характеристик.На графиках ниже показаны некоторые из основных факторов, которые разработчик приложений должен учитывать при выборе батареи для соответствия требованиям к производительности конечного продукта.

Клеточная химия

Номинальное напряжение гальванического элемента фиксируется электрохимическими характеристиками активных химических веществ, используемых в элементе, так называемой химией элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на выводах в любой конкретный момент времени, как и в любой ячейке, зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса ячейки, и это зависит от температуры, состояния заряда и возраста элемента.

На приведенном ниже графике показаны типичные кривые разряда-разряда для элементов с различным химическим составом элементов при разряде со скоростью 0,2 ° C. Обратите внимание, что химический состав каждой ячейки имеет свои характеристические номинальное напряжение и кривую разряда. Некоторые химические соединения, такие как литий-ионные, имеют довольно плоскую кривую разряда, в то время как другие, такие как свинцово-кислотные, имеют ярко выраженный наклон.

Мощность, выдаваемая элементами с наклонной кривой разряда, постепенно падает в течение всего цикла разряда.Это может вызвать проблемы для приложений с большой мощностью ближе к концу цикла. Для приложений с низким энергопотреблением, которым требуется стабильное напряжение питания, может потребоваться установка регулятора напряжения, если наклон слишком крутой. Обычно это не вариант для приложений с высокой мощностью, поскольку потери в регуляторе могут лишить аккумулятор еще большей мощности.

Плоская кривая разряда упрощает конструкцию приложения, в котором используется батарея, поскольку напряжение питания остается достаточно постоянным в течение всего цикла разряда.Наклонная кривая облегчает оценку состояния заряда аккумулятора, поскольку напряжение элемента может использоваться как мера оставшегося заряда в элементе. Современные литий-ионные элементы имеют очень плоскую кривую разряда, поэтому для определения состояния заряда

необходимо использовать другие методы.

По оси X показаны характеристики ячейки, нормированные в процентах от емкости ячейки, так что форма графика может отображаться независимо от фактической емкости ячейки.Если бы ось X была основана на времени разряда, длина каждой кривой разряда была бы пропорциональна номинальной емкости элемента.

Температурные характеристики

Производительность элемента может резко меняться в зависимости от температуры. В нижнем пределе, в батареях с водными электролитами, сам электролит может замерзнуть, устанавливая нижний предел рабочей температуры. При низких температурах литиевые батареи страдают от литиевого покрытия анода, что приводит к необратимому снижению емкости.В крайнем случае активные химические вещества могут разрушиться, разрушив аккумулятор. Между этими пределами характеристики элемента обычно улучшаются с температурой. См. Также «Управление температурой» и «Срок службы батареи» для получения более подробной информации.

На приведенном выше графике показано, как характеристики ионно-литиевых батарей ухудшаются при снижении рабочей температуры.

Вероятно, более важным является то, что как для высоких, так и для низких температур, чем дальше рабочая температура от комнатной, тем больше сокращается срок службы.См. Неисправности литиевых батарей.

Характеристики саморазряда

Скорость саморазряда - это мера того, как быстро элемент теряет свою энергию, находясь на полке, из-за нежелательных химических воздействий внутри элемента. Скорость зависит от химического состава клеток и температуры.

Клеточная химия

Ниже показан типичный срок хранения некоторых первичных ячеек:

  • Цинк Углерод (Leclanché) от 2 до 3 лет
  • Щелочная 5 лет
  • Литий 10 лет и более

Типичные показатели саморазряда для обычных аккумуляторных элементов следующие:

  • Свинцово-кислотный от 4% до 6% в месяц
  • Никель Кадмий от 15% до 20% в месяц
  • Никель-металлогидрид 30% в месяц
  • Литий от 2% до 3% в месяц

Влияние температуры

Скорость нежелательных химических реакций, вызывающих внутреннюю утечку тока между положительным и отрицательным электродами элемента, как и все химические реакции, увеличивается с повышением температуры, что увеличивает скорость саморазряда батареи.См. Также Срок службы батареи. На приведенном ниже графике показана типичная скорость саморазряда литий-ионной батареи.

Внутреннее сопротивление

Внутренний импеданс ячейки определяет ее пропускную способность по току. Низкое внутреннее сопротивление допускает большие токи.

Схема эквивалента батареи

На схеме справа показана эквивалентная схема для энергетической ячейки.

  • Rm - сопротивление металлического пути через ячейку, включая клеммы, электроды и межсоединения.
  • Ra - сопротивление электрохимического тракта, включая электролит и сепаратор.
  • Cb - емкость параллельных пластин, которые образуют электроды ячейки.
  • Ri - нелинейное контактное сопротивление между пластиной или электродом и электролитом.

Типичное внутреннее сопротивление порядка миллиомов.

Влияние внутреннего импеданса

Когда через элемент протекает ток, на внутреннем сопротивлении элемента возникает ИК-падение напряжения, которое снижает напряжение на выводах элемента во время разряда и увеличивает напряжение, необходимое для зарядки элемента, таким образом уменьшая его эффективную емкость, а также уменьшая его заряд. / эффективность разряда.Более высокие скорости разряда вызывают более высокие внутренние падения напряжения, что объясняет кривые разряда с более низким напряжением при высоких скоростях C. См. «Скорость разряда» ниже.

На внутренний импеданс влияют физические характеристики электролита: чем меньше размер гранул материала электролита, тем ниже полное сопротивление. Размер зерна контролируется производителем ячейки в процессе измельчения.

Спиральная конструкция электродов часто используется для увеличения площади поверхности и, таким образом, уменьшения внутреннего импеданса.Это снижает тепловыделение и обеспечивает более быструю зарядку и разрядку.

Внутреннее сопротивление гальванического элемента зависит от температуры и уменьшается с повышением температуры из-за увеличения подвижности электронов. График ниже является типичным примером.

Таким образом, элемент может быть очень неэффективным при низких температурах, но эффективность повышается при более высоких температурах из-за более низкого внутреннего импеданса, но также и из-за увеличения скорости химических реакций.Однако более низкое внутреннее сопротивление, к сожалению, также приводит к увеличению скорости саморазряда. Кроме того, срок службы ухудшается при высоких температурах. Некоторые формы нагрева и охлаждения могут потребоваться для поддержания ячейки в ограниченном диапазоне температур для достижения оптимальных характеристик в приложениях с высокой мощностью.

Внутреннее сопротивление большинства химических элементов ячеек также имеет тенденцию значительно увеличиваться к концу цикла разряда, поскольку активные химические вещества переводятся в свое разряженное состояние и, следовательно, эффективно израсходуются.Это в основном отвечает за быстрое падение напряжения элемента в конце цикла разряда.

Кроме того, эффект джоулева нагрева I 2 R потери во внутреннем сопротивлении элемента вызовут повышение температуры элемента.

Падение напряжения и потери I 2 R могут быть незначительными для элемента емкостью 1000 мАч, питающего мобильный телефон, но для 100-элементного автомобильного аккумулятора на 200 Ач они могут быть значительными.Типичное внутреннее сопротивление литиевой батареи мобильного телефона емкостью 1000 мА составляет от 100 до 200 мОм и около 1 мОм для литиевой батареи емкостью 200 Ач, используемой в автомобильной батарее. См. Пример.

При работе со скоростью C падение напряжения на элемент будет около 0,2 В в обоих случаях (немного меньше для мобильного телефона). Потери I 2 R в мобильном телефоне будут составлять от 0,1 до 0,2 Вт. В автомобильной батарее, однако, падение напряжения на всей батарее будет 20 В, а потеря мощности, рассеиваемой в виде тепла внутри батареи, составит 40 Вт на элемент или 4 кВт для всей батареи.Это в дополнение к теплу, выделяемому в результате электрохимических реакций в ячейках.

По мере старения элемента сопротивление электролита имеет тенденцию к увеличению. Старение также приводит к ухудшению качества поверхности электродов и увеличению контактного сопротивления, и в то же время эффективная площадь пластин уменьшается, что снижает их емкость. Все эти эффекты увеличивают внутренний импеданс клетки, что отрицательно влияет на ее работоспособность.Сравнение фактического импеданса ячейки с ее импедансом, когда она была новой, можно использовать для измерения или представления возраста ячейки или ее эффективной емкости. Такие измерения намного удобнее, чем фактическая разрядка элемента, и их можно проводить без разрушения тестируемого элемента. См. «Испытания импеданса и проводимости»

Внутреннее сопротивление также влияет на эффективную емкость ячейки.Чем выше внутреннее сопротивление, тем выше потери при зарядке и разрядке, особенно при более высоких токах. Это означает, что чем выше скорость разряда, тем ниже доступная емкость ячейки. И наоборот, если он разряжается в течение длительного периода, емкость в ампер-часах выше. Это важно, потому что некоторые производители указывают емкость своих батарей при очень низкой скорости разряда, что заставляет их выглядеть намного лучше, чем они есть на самом деле.

Скорость разряда

Кривые разряда литий-ионного элемента ниже показывают, что эффективная емкость элемента уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или, наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда).Это называется смещением емкости, и этот эффект характерен для большинства химических элементов ячейки.

Нагрузка аккумулятора

Время разряда батареи зависит от нагрузки, которую она должна обеспечивать.

Если разрядка происходит в течение длительного периода в несколько часов, как в некоторых высокопроизводительных приложениях, таких как электромобили, эффективная емкость аккумулятора может быть вдвое больше указанной емкости при коэффициенте C.Это может быть наиболее важным при выборе дорогой батареи для использования с высокой мощностью. Емкость маломощных аккумуляторов бытовой электроники обычно указывается для разряда со скоростью C, тогда как SAE использует разряд в течение 20 часов (0,05 ° C) в качестве стандартного условия для измерения емкости автомобильных аккумуляторов в амперах. График ниже показывает, что эффективная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов с глубокой разрядкой почти удваивается, поскольку скорость разряда снижается с 1,0 ° C до 0.05C. При времени разряда менее одного часа (высокие значения C) эффективная емкость резко падает.

На эффективность зарядки также влияет скорость зарядки. Объяснение причин этого приведено в разделе «Время зарядки».

Из этого графика можно сделать два вывода:

  • Следует проявлять осторожность при сравнении характеристик емкости аккумуляторов, чтобы обеспечить сопоставимые скорости разряда.
  • В автомобильной промышленности, если высокие значения тока используются регулярно для резкого ускорения или для подъема на холм, дальность действия транспортного средства будет уменьшена.

Рабочий цикл

Рабочие циклы различаются для каждого приложения. Приложения EV и HEV накладывают определенные переменные нагрузки на аккумулятор. См. Пример нагрузочного тестирования. Стационарные батареи, используемые в распределенных сетевых накопителях энергии, могут иметь очень большие изменения SOC и много циклов в день.

Важно знать, сколько энергии используется за цикл, и рассчитывать на максимальную пропускную способность и передачу энергии, а не на среднее значение.

Примечания: Для информации

  • Типичный небольшой электромобиль будет потреблять от 150 до 250 Втч энергии на милю при нормальной вождении. Таким образом, для диапазона 100 миль при 200 Вт-час на милю потребуется аккумулятор емкостью 20 кВт-ч.
  • В гибридном электромобиле
  • используются батареи меньшего размера, но они могут потребоваться для работы при очень высокой скорости разряда до 40 ° C. Если в автомобиле используется рекуперативное торможение, аккумулятор также должен выдерживать очень высокую скорость зарядки, чтобы быть эффективным. См. В разделе о конденсаторах пример того, как это требование может быть выполнено.

Уравнение Пойкерта

Уравнение Пойкерта - удобный способ характеристики поведения ячейки и количественного определения смещения емкости в математических терминах.

Это эмпирическая формула, которая приблизительно определяет, как доступная емкость аккумулятора изменяется в зависимости от скорости разряда. C = I n T, где «C» - теоретическая емкость аккумулятора, выраженная в ампер-часах, «I» - ток, «T» - время, а «n» - число Пейкерта, константа для данного аккумулятор. Уравнение показывает, что при более высоких токах в батарее меньше доступной энергии. Число Пейкерта напрямую связано с внутренним сопротивлением батареи.Более высокие токи означают больше потерь и меньшую доступную емкость.

Значение числа Пойкерта показывает, насколько хорошо батарея работает при длительных сильных токах. Значение, близкое к 1, указывает на то, что аккумулятор работает нормально; чем выше число, тем больше емкость теряется при разряде аккумулятора при больших токах. Число Пейкерта батареи определяется эмпирически. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это число обычно составляет от 1,3 до 1,4

График выше показывает, что эффективная емкость аккумулятора снижается при очень высокой скорости непрерывной разрядки.Однако при периодическом использовании батарея успевает восстановиться в периоды покоя, когда температура также возвращается к уровню окружающей среды. Из-за этой возможности восстановления емкость меньше уменьшается, а эффективность работы выше, если аккумулятор используется с перерывами, как показано пунктирной линией.

Это обратное поведение двигателя внутреннего сгорания, который наиболее эффективно работает при непрерывных устойчивых нагрузках.В этом отношении электроэнергия - лучшее решение для средств доставки, которые постоянно отключаются.

Участки Рагон

График Рагона полезен для определения компромисса между эффективной мощностью и управляемой мощностью. Обратите внимание, что графики Рагона обычно основаны на логарифмических шкалах.

На графике ниже показана превосходная гравиметрическая плотность энергии литий-ионных элементов.Также обратите внимание, что ионно-литиевые элементы с анодами из титаната лития (Altairnano) обеспечивают очень высокую плотность мощности, но пониженную плотность энергии.

Энергия и плотность мощности - участок Рагона

Источник Альтаирнано

На графике Ragone ниже сравнивается производительность ряда электрохимических устройств.Он показывает, что ультраконденсаторы (суперконденсаторы) могут обеспечивать очень высокую мощность, но емкость хранилища очень ограничена. С другой стороны, топливные элементы могут хранить большое количество энергии, но имеют относительно низкую выходную мощность.

Рагон Участок электрохимических устройств

Наклонные линии на графиках Ragone показывают относительное время, необходимое для того, чтобы зарядить устройство или выйти из него.С одной стороны, мощность может быть накачана или извлечена из конденсаторов за микросекунды. Это делает их идеальными для сбора энергии рекуперативного торможения в электромобилях. С другой стороны, топливные элементы имеют очень плохие динамические характеристики, требуя часов для выработки и доставки энергии. Это ограничивает их применение в электромобилях, где они часто используются вместе с батареями или конденсаторами для решения этой проблемы. Литиевые батареи находятся где-то посередине и обеспечивают разумный компромисс между ними.

См. Также Сравнение альтернативных хранилищ энергии.

Характеристики импульса

Способность передавать сильноточные импульсы является требованием многих батарей. Пропускная способность ячейки по току зависит от эффективной площади поверхности электродов. (См. Компромисс между энергией и мощностью). Однако ограничение по току определяется скоростью, с которой происходят химические реакции внутри ячейки.Химическая реакция или «перенос заряда» происходит на поверхности электродов, и начальная скорость может быть довольно высокой, поскольку химические вещества, расположенные рядом с электродами, преобразуются. Однако как только это произошло, скорость реакции ограничивается скоростью, с которой активные химические вещества на поверхности электрода могут пополняться путем диффузии через электролит в процессе, известном как «массоперенос». Тот же принцип применяется к процессу зарядки и более подробно описан в разделе «Время зарядки».Следовательно, импульсный ток может быть значительно выше, чем частота C, которая характеризует характеристики непрерывного тока.

Срок службы

Это один из ключевых параметров производительности ячейки, который показывает ожидаемый срок службы ячейки.

Жизненный цикл определяется как количество циклов, которое может выполнить элемент, прежде чем его емкость упадет до 80% от первоначальной указанной емкости.

Каждый цикл заряда-разряда и связанный с ним цикл превращения активных химикатов, который он вызывает, сопровождается медленным ухудшением химикатов в элементе, что будет почти незаметно для пользователя. Это ухудшение может быть результатом неизбежных нежелательных химических воздействий в ячейке, роста кристаллов или дендритов, изменяющих морфологию частиц, составляющих электроды. Оба эти события могут иметь эффект уменьшения объема активных химических веществ в элементе и, следовательно, его емкости, или увеличения внутреннего импеданса элемента.

Обратите внимание, что элемент не умирает внезапно в конце указанного жизненного цикла, а продолжает свое медленное ухудшение, так что он продолжает нормально функционировать, за исключением того, что его емкость будет значительно меньше, чем когда она была новой.

Цикл срока службы, как определено, является полезным способом сравнения батарей в контролируемых условиях, однако он может не дать наилучшего показателя срока службы батарей в реальных условиях эксплуатации.Элементы редко эксплуатируются в последовательных, полных циклах зарядки-разрядки, они гораздо чаще подвергаются частичным разрядам различной глубины перед полной перезарядкой. Поскольку в частичных разрядах участвует меньшее количество энергии, аккумулятор может выдерживать гораздо большее количество неглубоких циклов. Такие циклы использования типичны для гибридных электромобилей с рекуперативным торможением. Посмотрите, как продолжительность цикла зависит от глубины разряда (DOD) в разделе Срок службы батареи.

Срок службы также зависит от температуры, как от температуры эксплуатации, так и от температуры хранения.См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».

Общая пропускная способность энергии

Более репрезентативный показатель срока службы батареи - это Lifetime Energy Throughput . Это общее количество энергии в ватт-часах, которое может быть вложено в аккумулятор и снято с него в течение всех циклов в течение срока его службы, прежде чем его емкость снизится до 80% от первоначальной емкости нового аккумулятора.Это зависит от химического состава клетки и условий эксплуатации. К сожалению, эта мера еще не используется производителями элементов и еще не принята в качестве отраслевого стандарта для аккумуляторов. Пока он не войдет в широкое использование, его нельзя будет использовать для сравнения производительности элементов от разных производителей таким образом, но, если он доступен, по крайней мере, он предоставляет более полезное руководство для инженеров по применению для оценки срока службы используемых батарей. в своих проектах.

См. Также Состояние работоспособности (SOH) и Расчетный срок службы батареи

Глубокий разряд

Срок службы в цикле уменьшается с увеличением глубины разряда (DOD) (см. Срок службы батареи), и многие химические составы элементов не допускают глубокого разряда, и элементы могут быть необратимо повреждены при полной разрядке.Специальные конструкции ячеек и химические смеси необходимы, чтобы максимально увеличить потенциальную глубину разряда батарей глубокого разряда.

Зарядные характеристики

Кривые зарядки и рекомендуемые методы зарядки включены в отдельный раздел зарядки

.

Что такое заряд батареи?

© Shutterstock 2021

Что такое заряд аккумулятора?

Мощность аккумулятора - это количество электроэнергии, хранящейся в аккумуляторе. Мобильные устройства питаются от перезаряжаемых литий-ионных (Li-ion) или литий-полимерных (Li-poly) батарей. Емкость аккумулятора напрямую влияет на время использования. Аккумулятор большей емкости будет накапливать больше энергии и, таким образом, обеспечивать больше электроэнергии для вашего устройства, поэтому вы сможете использовать его в течение более длительного времени без необходимости подзаряжать его.

Емкость аккумулятора или емкость аккумулятора измеряется в миллиампер-часах (мАч) - единица, которая показывает, сколько электроэнергии можно использовать с течением времени. Аккумулятор емкостью больше мАч увеличивает время автономной работы. Средний телефон имеет около 2500 мАч, что обычно означает, что его хватит на несколько часов интенсивного использования (игры или видеозвонки).

Помимо моделей использования, на разрядку аккумулятора также влияют многие другие параметры.Если устройство имеет большой экран, как большинство современных флагманских телефонов, и высокопроизводительный набор микросхем, оно будет потреблять больше энергии. Большинство телефонов работают как минимум полдня при интенсивном использовании. Существует также множество способов экономии заряда аккумулятора, например, перевод устройства в режим полета или отключение приложений, которые работают в фоновом режиме и потребляют много энергии. По этой причине заряд аккумулятора является одной из основных проблем при выборе нового телефона, планшета или любого другого мобильного устройства.

Текущий рекорд для телефона с максимальной емкостью аккумулятора принадлежит Energizer Power Max P16K Pro, который имеет поразительную батарею на 16 000 мАч. Это означает, что при нормальных условиях он может работать до пяти дней. Планшет среднего уровня имеет емкость аккумулятора примерно 6000 мАч. У планшетов обычно больше батареи, чем у телефонов, потому что у них большие экраны и они потребляют больше энергии.

.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Схематический символ батареи

Аккумулятор преобразует химическую энергию в электрическую с помощью химической реакции. Обычно химические вещества хранятся внутри батареи. Он используется в цепи для питания других компонентов. Батарея производит электричество постоянного тока (DC) (электричество, которое течет в одном направлении и не переключается взад и вперед).

Использование электричества из розетки в здании дешевле и эффективнее, но аккумулятор может обеспечивать электричеством в районах, где нет распределения электроэнергии.Это также полезно для движущихся вещей, например электромобилей и мобильных телефонов.

Батареи могут быть первичными или вторичными. Первичная цепь выбрасывается, когда она больше не может обеспечивать электричество. Вторичный аккумулятор можно заряжать и использовать повторно.

Батарея может состоять из одной ячейки или нескольких элементов . Каждая ячейка имеет анод, катод и электролит. Электролит - это основной материал внутри батареи. Часто это кислота, к которой прикасаться опасно.Анод реагирует с электролитом с образованием электронов (это отрицательный конец или конец -). Катод реагирует с электролитом и забирает электроны (это положительный конец или + ). [1] Электрический ток возникает, когда провод соединяет анод с катодом, а электроны перемещаются от одного конца к другому. (Но аккумулятор может быть поврежден просто проводом, соединяющим два конца, поэтому между двумя концами также необходима нагрузка .Нагрузка - это то, что замедляет электроны и обычно делает что-то полезное, например, лампочка в фонарике или электроника в калькуляторе). [2]

Батареи, подключенные параллельно - показаны на схеме и на чертеже

Электролит может быть жидким или твердым. Батарея называется аккумулятором с влажным или сухим элементом, в зависимости от типа электролита.

Химические реакции, происходящие в батарее, являются экзотермическими реакциями. Этот тип реакции вызывает тепло.Например, если вы оставите ноутбук включенным на долгое время, а затем коснетесь аккумулятора, он будет теплым или горячим.

Аккумуляторная батарея заряжается путем обращения вспять химической реакции, происходящей внутри батареи. Но перезаряжаемый аккумулятор можно заряжать только определенное количество раз (время зарядки). Даже встроенные батареи нельзя заряжать вечно. Более того, каждый раз, когда батарея заряжается, ее способность удерживать заряд немного снижается. Неперезаряжаемые батареи нельзя заряжать, так как могут вытечь различные вредные вещества, например гидроксид калия.

Элементы могут быть подключены, чтобы сделать батарею большего размера. Соединение плюса одной ячейки с минусом следующей ячейки называется соединением их последовательно . Напряжение каждой батареи складывается. Две батареи по шесть вольт, соединенные последовательно, будут составлять 12 вольт. [3]

Соединение плюса одной ячейки с плюсом другой, а минус с минусом называется соединением их параллельно . Напряжение остается прежним, но ток складывается.Напряжение - это давление, проталкивающее электроны по проводам, оно измеряется в вольтах. Ток - это то, сколько электронов может пройти одновременно, он измеряется в амперах. Комбинация тока и напряжения - это мощность (ватты = вольт x ампер) батареи.

Батареи бывают разных форм, размеров и напряжений.

Элементы AA, AAA, C и D, включая щелочные батареи, имеют стандартные размеры и форму и имеют напряжение около 1,5 В. Напряжение ячейки зависит от используемых химикатов.Электрический заряд, который он может передать, зависит от размера ячейки, а также от химических веществ. Заряд аккумулятора обычно измеряется в ампер-часах. Поскольку напряжение остается неизменным, больший заряд означает, что более крупный элемент может подавать больше ампер или работать в течение более длительного времени.

Первая батарея была изобретена в 1800 году Алессандро Вольта. В наши дни его аккумулятор называют гальваническим. [4]

В современных небольших батареях жидкость иммобилизируется в виде пасты, и все это помещается в герметичный корпус.Из-за этого ничего не может вылиться из аккумулятора. В более крупных аккумуляторах, таких как автомобильные, все еще есть жидкость, и они не герметичны. Разновидность батареи, в которой в качестве электролита используются расплавленные соли, была изобретена во время Второй мировой войны.

  • Сухие элементы, элементы, не содержащие жидкости (или содержащие иммобилизованную жидкость, такую ​​как паста или гель) в качестве электролита
    • Первичная ячейка, ячейки, которые нельзя перезарядить
      • Щелочная батарея, «щелочная», не перезаряжаемая
      • Батарея ртутная, неперезаряжаемая
      • Аккумулятор Leclanche, сверхтяжелый, не перезаряжаемый
      • Литиевая батарея, неперезаряжаемая, «таблетка»
      • Батарея из оксида серебра, неперезаряжаемая, батарейка для часов
      • Вольтовая свая, первая батарея Аллесандро Вольтаса
    • Вторичный элемент, элементы, которые можно заряжать
  • Влажные элементы, элементы, содержащие жидкость в качестве электролита
  • Топливный элемент, перезаряжаемый за счет добавления топлива

Топливные элементы и солнечные элементы не являются батареями, потому что они не накапливают энергию внутри себя.

Конденсатор не является батареей, потому что он не накапливает энергию в химической реакции. Конденсатор может накапливать электричество и производить электричество намного быстрее, чем батарея, но обычно он стоит слишком дорого, чтобы сделать его настолько большим, насколько может быть батарея. Ученые и инженеры-химики работают над улучшением конденсаторов и аккумуляторов для электромобилей.

Небольшие электрические генераторы, управляемые руками и ногами, могут обеспечивать питание небольших электрических устройств. Радиоприемники с часовым механизмом, заводные фонари и аналогичные устройства также имеют заводную пружину для хранения механической энергии.

.

Заряд в секундах, в последние месяцы

(Pocket-lint). Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, их мощность все еще ограничена. Аккумулятор не совершенствовался десятилетиями. Но мы находимся на пороге революции власти.

Крупные технологические и автомобильные компании слишком хорошо осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов.Несмотря на то, что чипы и операционные системы становятся более эффективными для экономии энергии, мы все еще рассматриваем только один или два дня использования смартфона перед подзарядкой.

Хотя может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем прожить неделю жизни наших телефонов, разработка идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки. Надеюсь, скоро вы увидите эту технологию в своих гаджетах.

NAWA Technologies

Электрод из углеродных нанотрубок с вертикальной ориентацией

Компания NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, как утверждается, изменил правила игры на рынке аккумуляторных батарей.В нем используется конструкция с вертикально расположенными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может повысить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает, что электромобили являются основным бенефициаром, сокращая углеродный след и стоимость производства аккумуляторов, одновременно повышая производительность. NAWA заявляет, что дальность действия 1000 км может стать нормой, а время зарядки сокращено до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году.

Литий-ионная батарея без кобальта

Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт - наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах аккумуляторных батарей», - сказал профессор Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уолкера и директор Техасского института материалов.«И мы полностью устраняем это». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели общие проблемы, обеспечив длительный срок службы батареи и равномерное распределение ионов.

SVOLT представляет батареи для электромобилей, не содержащие кобальт

Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, все еще существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования таких металлов, как кобальт. Компания SVOLT, штаб-квартира которой расположена в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых батарей, предназначенных для рынка электромобилей.Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания заявляет, что они обладают более высокой плотностью энергии, что может привести к дальности действия до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также продлить срок службы батареи и повысить безопасность. Мы не знаем, где именно мы увидим эти батареи, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.

Тимо Иконен, Университет Восточной Финляндии

На шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом

Стремясь решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , используя микрочастицы мезопористого кремния и углеродные нанотрубки.В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает характеристики батареи, в то время как силиконовый материал устойчиво производится из золы шелухи ячменя.

Университет Монаша

Литий-серные аккумуляторы могут превзойти литий-ионные, менее вредно для окружающей среды

Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные аккумуляторы, способные питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные.Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования сетей будут продолжены.

Утверждается, что новая технология аккумуляторов оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, при этом предлагая возможность питания автомобиля на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.

Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит по своим характеристикам литий-ионный

IBM Research сообщает, что он обнаружил новый химический состав аккумулятора, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные.IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда раньше не использовался в комбинации в батареях и что материалы можно извлекать из морской воды.

Производительность аккумулятора многообещающая, при этом IBM Research заявляет, что он может превзойти литий-ионный в ряде различных областей - он дешевле в производстве, он может заряжаться быстрее, чем литий-ионный, и может иметь как более высокую мощность. и плотности энергии. Все это доступно в аккумуляторах с низкой горючестью электролитов.

IBM Research отмечает, что эти преимущества сделают ее новую технологию аккумуляторов подходящей для электромобилей, и вместе с Mercedes-Benz, среди прочих, компания работает над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.

Panasonic

Система управления батареями Panasonic

Хотя литий-ионные батареи повсюду и их число растет, управление этими батареями, включая определение того, когда у них закончился срок службы, затруднено.Panasonic, работая с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработала новую технологию управления батареями, которая значительно упростит отслеживание батарей и определение остаточной стоимости литий-ионных в них.

Panasonic заявляет, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что упростит мониторинг и оценку батарей с несколькими составными ячейками, которые вы можете найти в электромобиле. Panasonic сообщает, что эта система поможет продвинуться в направлении устойчивого развития, поскольку сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных батарей.

Асимметричная модуляция температуры

Исследования продемонстрировали метод зарядки, который приближает нас на шаг ближе к экстремально быстрой зарядке - XFC - который направлен на обеспечение 200 миль пробега электромобиля примерно за 10 минут с зарядкой 400 кВт. Одна из проблем с зарядкой - это литиевая гальваника в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре для уменьшения гальванического покрытия, но ограничивает это до 10-минутных циклов, избегая роста межфазной границы твердого электролита, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает деградацию батареи, позволяя заряжать XFC.

Pocket-lint

Песочная батарея дает в три раза больше времени автономной работы

В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний для достижения в три раза большей производительности, чем у современных графитовых литий-ионных батарей. Батарея по-прежнему литий-ионная, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разрушается, и его трудно производить в больших количествах.Используя песок, его можно очистить, измельчить в порошок, затем измельчить с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приведет к получению чистого кремния. Он пористый и трехмерный, что помогает повысить производительность и, возможно, продлить срок службы батарей. Изначально мы начали это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.

Silanano - это стартап в области аккумуляторных технологий, который выводит эту технологию на рынок и получил большие инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение можно использовать в существующем производстве литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности батареи на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.

Захват энергии от Wi-Fi

Хотя беспроводная индуктивная зарядка является обычным явлением, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну, собирающую радиоволны), которая представляет собой всего лишь несколько атомов, что делает ее невероятно гибкой.

Идея состоит в том, что устройства могут включать в себя эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы энергия переменного тока могла быть получена от Wi-Fi в воздухе и преобразована в постоянный ток, либо для подзарядки батареи, либо для непосредственного питания устройства.Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без необходимости во внутренней батарее (более безопасно для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для подзарядки.

Энергия, полученная от владельца устройства

Вы можете стать источником энергии для своего следующего устройства, если исследования TENG принесут свои плоды. TENG или трибоэлектрический наногенератор - это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.

Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала понять, как эта технология может быть использована для питания таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть это в действии, исследование должно дать дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.

Золотые батареи с нанопроволокой

Великие умы Калифорнийского университета в Ирвине создали треснувшие батареи с нанопроволокой, которые могут выдержать много перезарядок.В результате в будущем батареи могут не разрядиться.

Нанопроволока, в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывает большие возможности для будущих батарей. Но они всегда ломались при подзарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы избежать этого. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали никаких повреждений.

Твердотельные литий-ионные

Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается об их испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходный аккумулятор.

В результате получился аккумулятор, способный работать на уровне суперконденсатора и полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает его идеальным для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем существующие батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 до 100 градусов Цельсия.

Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в ближайшее время в автомобилях, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжаемым аккумуляторам.

Графеновые батареи Grabat

Графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых лучших среди имеющихся. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям запас хода до 500 миль без подзарядки.

Graphenano, компания, стоящая за разработкой, заявляет, что батареи можно полностью зарядить всего за несколько минут, и они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем литий-ионные.Разряд также важен для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.

Нет информации о том, используются ли аккумуляторы Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, мотоциклов и даже для дома.

Лазерные микроконденсаторы

Rice Univeristy

Ученые из Университета Райса совершили прорыв в создании микроконденсаторов. В настоящее время их производство дорогое, но в них используются лазеры, которые вскоре могут измениться.

При использовании лазеров для выжигания электродных рисунков на листах пластика затраты на производство и усилия значительно снижаются. В результате получается аккумулятор, который может заряжаться в 50 раз быстрее, чем нынешние аккумуляторы, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже прочные, способны работать после более чем 10 000 сгибаний во время испытаний.

Пенные аккумуляторы

Прието считает, что будущее аккумуляторов - за 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью своей батареи, в которой используется вспененная медь.

Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию горючего электролита, но также будут обеспечивать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.

Prieto стремится в первую очередь помещать свои батареи в мелкие предметы, например, в носимые устройства. Но там говорится, что аккумуляторы можно масштабировать, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.

Carphone Warehouse

Складной аккумулятор похож на бумагу, но прочный

Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан, чтобы сделать гибкие гаджеты возможными. Батарея, похожая на бумагу, складывается и является водонепроницаемой, что означает, что ее можно интегрировать в одежду и носимые устройства.

Батарея уже создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе ее сложили более 200 000 раз без потери производительности.

Ник Билтон / The New York Times

uBeam по воздуху зарядка

uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия преобразуется в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем снова преобразуются в энергию при достижении устройства.

С концепцией uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики можно прикрепить к стенам или сделать предметами декоративного искусства, чтобы передавать энергию на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы принимать заряд.

StoreDot

StoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд

StoreDot, стартап, созданный на базе кафедры нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, изготовленные из природных органических соединений, известных как пептиды - короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфон за 60 секунд. Батарея состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому проблем с ее взрывом возникнуть не должно.

Компания также объявила о планах создать аккумулятор для электромобилей, который заряжается за пять минут и обеспечивает запас хода до 300 миль.

Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе - мы ожидали, что они появятся в 2017 году, - но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.

Pocket-lint

Прозрачное солнечное зарядное устройство

Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволит пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.

Хотя вряд ли он появится в продаже в течение некоторого времени, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с постоянным отсутствием заряда батареи.Телефон будет работать как с прямыми солнечными лучами, так и со стандартным освещением, как и обычные солнечные батареи.

Phienergy

Алюминиево-воздушная батарея обеспечивает пробег на 1100 миль без подзарядки

Автомобиль сумел проехать 1100 миль на одном заряде аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в технологии батареи, называемой «алюминий-воздух», которая использует кислород воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем заполненные жидкостью литий-ионные аккумуляторы, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.

Бристольская робототехническая лаборатория

Батареи с питанием от мочи

Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться от мочи. Этого достаточно, чтобы зарядить смартфон, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?

Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы собирают мочу, расщепляют ее и выделяют электричество.

Звук работает

Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться, используя окружающий звук в атмосфере вокруг него.

Смартфон построен по принципу пьезоэлектрического эффекта. Были созданы наногенераторы, которые собирают окружающий шум и преобразуют его в электрический ток.

Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это означает, что болтливые мобильные пользователи могут подключать свой телефон во время разговора.

Двойная угольная батарея Ryden заряжается в 20 раз быстрее.

Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литиевый, но его можно будет производить на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.

В аккумуляторах используются углеродные материалы, что означает, что они более устойчивы и экологически безопасны, чем существующие альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдержать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.

Натрий-ионные аккумуляторы

Ученые из Японии работают над новыми типами аккумуляторов, которые не нуждаются в литии, таких как аккумулятор вашего смартфона.В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.

Исследования натриево-ионных аккумуляторов ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, можно сделать батареи намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие пять-десять лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.

Upp

Зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp

Переносное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, не позволяя вам отвлекаться и оставаться экологически чистым.

Одна водородная ячейка обеспечит пять полных зарядов мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственный побочный продукт - водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.

Батареи со встроенным огнетушителем

Литий-ионные батареи нередко перегреваются, загораются и даже могут взорваться.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 - яркий тому пример. Исследователи Стэнфордского университета придумали литий-ионные батареи со встроенными огнетушителями.

В батарее есть компонент, называемый трифенилфосфатом, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавленный к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется трифенилфосфат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание аккумуляторов за 0,4 секунды.

Майк Циммерман

Батареи, защищенные от взрыва

Литий-ионные батареи имеют довольно летучий слой пористого материала жидкого электролита, расположенный между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал батарею, которая имеет вдвое большую емкость, чем литий-ионные, но без присущих ей опасностей.

Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще, чем две кредитные карты, и заменяет жидкость электролита пластиковой пленкой, которая имеет аналогичные свойства.Он может противостоять прокалыванию, измельчению и нагреванию, так как он негорючий. Еще предстоит провести много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что существуют более безопасные варианты.

Батареи Liquid Flow

Ученые из Гарварда разработали батарею, которая хранит свою энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долгое время по сравнению с нынешними литий-ионными батареями.

Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т.п., поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой решениями в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.

Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, заявляя, что напряжение вдвое превышает напряжение обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения непостоянных источников энергии, таких как ветер или солнце, для быстрой передачи в сеть по запросу.

IBM и ETH Zurich разработали жидкостную проточную батарею гораздо меньшего размера, которая потенциально может быть использована в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что может не только обеспечивать питание компонентов, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный см, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания аккумулятора.

Zap & Go Карбон-ионный аккумулятор

Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первую угольно-ионную аккумуляторную батарею, которая уже готова к использованию потребителями.Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе сверхбыструю зарядку суперконденсатора с характеристиками литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригодный для вторичной переработки.

Компания предлагает зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.

Цинково-воздушные батареи

Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей, намного более дешевый, чем существующие методы.Воздушно-цинковые батареи можно считать более совершенными, чем литий-ионные, поскольку они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты.

Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а, скорее, с некоторыми более дешевыми альтернативами. Возможно, появятся более безопасные и дешевые батареи!

Умная одежда

Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ, позволяющий использовать одежду в качестве источника энергии.Батарея называется трибоэлектрическим наногенератором (TENG), которая преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.

Эта технология может быть применена не только к одежде, она может быть интегрирована в тротуар, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания ленточных ламп или в шинах автомобиля. может привести машину в действие.

Растягиваемые батареи

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растяжимый биотопливный элемент, который может вырабатывать электричество из пота.Говорят, что генерируемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.

Графеновый аккумулятор Samsung

Samsung удалось разработать «графеновые шары», которые способны увеличивать емкость существующих литий-ионных аккумуляторов на 45 процентов и заряжаться в пять раз быстрее, чем существующие аккумуляторы. Чтобы представить это в контексте, Samsung заявляет, что его новый аккумулятор на основе графена может быть полностью заряжен за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.

Samsung также заявляет, что его можно использовать не только в смартфонах, но и в электромобилях, поскольку он может выдерживать температуру до 60 градусов Цельсия.

Более безопасная и быстрая зарядка существующих литий-ионных аккумуляторов

Ученые из WMG из Университета Уорика разработали новую технологию, которая позволяет заряжать существующие литий-ионные аккумуляторы до пяти раз быстрее, чем рекомендуемые пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи намного точнее, чем существующие методы.

Ученые обнаружили, что нынешние батареи действительно могут выходить за пределы рекомендуемых пределов, не влияя на производительность или перегрев. Может быть, нам вообще не нужны другие упомянутые новые батареи!

.

Преимущества и ограничения различных типов батарей

Нас часто озадачивают объявления о новых батареях, которые, как говорят, обладают очень высокой плотностью энергии, обеспечивают 1000 циклов заряда / разряда и тонкие как бумага. Они настоящие? Возможно - но не в одном аккумуляторе. Хотя один тип батарей может быть рассчитан на небольшой размер и длительную работу, этот аккумулятор не прослужит долго и преждевременно изнашивается. Другой аккумулятор может быть рассчитан на долгий срок службы, но его размер будет большим и громоздким.Третья батарея может обеспечить все желаемые характеристики, но цена будет слишком высокой для коммерческого использования.

Производители аккумуляторов хорошо осведомлены о потребностях клиентов и в ответ предлагают пакеты, которые лучше всего подходят для конкретных приложений. Индустрия мобильных телефонов - пример умной адаптации. Акцент делается на небольшие размеры, высокую удельную энергию и невысокую цену. На втором месте - долголетие.

Надпись NiMH на батарейном блоке не гарантирует автоматически высокую плотность энергии.Призматический никель-металлогидридный аккумулятор для мобильного телефона, например, имеет тонкую форму. Такой пакет обеспечивает плотность энергии около 60 Втч / кг, а количество циклов составляет около 300. Для сравнения, цилиндрический NiMH-аккумулятор обеспечивает плотность энергии 80 Втч / кг и выше. Тем не менее, количество циклов этой батареи от умеренного до низкого. Высокопрочные NiMH аккумуляторы, выдерживающие 1000 разрядов, обычно упаковываются в громоздкие цилиндрические элементы. Плотность энергии этих элементов составляет скромные 70 Втч / кг.

Компромиссы существуют и в отношении литиевых батарей.Литий-ионные блоки производятся для оборонных приложений, плотность энергии которых намного превышает их коммерческий эквивалент. К сожалению, эти литий-ионные батареи сверхвысокой емкости считаются небезопасными в руках населения, а высокая цена делает их недоступными для коммерческого рынка.

В этой статье мы рассмотрим преимущества и ограничения серийного аккумулятора. Так называемые чудо-батареи, которые просто живут в контролируемой среде, исключены. Мы тщательно изучаем батареи не только с точки зрения плотности энергии, но и с точки зрения долговечности, характеристик нагрузки, требований к техническому обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов.Поскольку никель-кадмиевые батареи остаются стандартом, с которым сравнивают другие батареи, мы сравниваем альтернативные химические составы с этим классическим типом батарей.

Никель-кадмий (NiCd) - зрелый и хорошо изученный, но с относительно низкой плотностью энергии. NiCd используется там, где важны долгий срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области применения - двусторонняя радиосвязь, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит токсичные металлы и не наносит вреда окружающей среде.

Никель-металлогидрид (NiMH) - имеет более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd за счет сокращения срока службы. NiMH не содержит токсичных металлов. Приложения включают мобильные телефоны и портативные компьютеры.

Свинцово-кислотный - наиболее экономичный для мощных систем, где вес не имеет значения. Свинцово-кислотные батареи являются предпочтительным выбором для больничного оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем ИБП.

Lithium Ion (Li ‑ ion) - самая быстрорастущая аккумуляторная система.Литий-ионный используется там, где первостепенное значение имеют высокая плотность энергии и легкий вес. Технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется схема защиты. Приложения включают портативные компьютеры и сотовые телефоны.

Литий-ионный полимер (литий-ионный полимер) - предлагает атрибуты литий-ионного аккумулятора в сверхтонкой геометрии и упрощенной упаковке. Основное применение - мобильные телефоны.

На рисунке 1 сравниваются характеристики шести наиболее часто используемых систем аккумуляторных батарей с точки зрения плотности энергии, срока службы, требований к упражнениям и стоимости.Цифры основаны на средних номиналах имеющихся в продаже батарей на момент публикации.

никель-кадмиевый NiMH Свинцово-кислотный Литий-ионный Литий-ионный полимерный Многоразовые
Щелочные
.

Смотрите также