Лекция 2 - Конспекты (1095368), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Их использование для электропитания РЭА в ряде случаев более целесообразно, чем использование гальванических элементов и батарей.Аккумуляторы допускают многократный заряд и разряд. При зарядке аккумулятора его положительный полюс подключают к положительному полюсу31Электропитание РЭАГлава 2зарядного устройства.
Заряд аккумулятора осуществляют током, идущим в направлении, обратном току разряда.Наиболее широкое распространение получили следующие типы аккумуляторов: кислотные, щелочные, серебряно-цинковые и литиевые.Кислотные аккумуляторы получили широкое распространение дляэлектропитания электрооборудования автотранспорта (в этом случае их используют как стартерные) и для электропитания специальной РЭА.Они характеризуются следующими параметрами:- ЭДС заряженного аккумулятора 2,6-2,8 В;- ЭДС разряженного аккумулятора 1,7-1,8 В;- КПД до 80%;- срок службы (количество циклов заряд-разряд) 300-800;- саморазряд в сутки 1-2%.При эксплуатации кислотных аккумуляторов необходимо иметь в виду ихчувствительность к перезарядам и недозарядам, следствием которых являетсяпостепенное разрушение активной массы пластин.Свинцовый аккумулятор (система Pb H2SO4 PbO2) является наиболеераспространённым в настоящее время кислотным аккумулятором.
Более половины всего мирового производства свинца расходуется на изготовление свинцовых аккумуляторов. Широкое распространение этих аккумуляторов обусловлено их относительной дешевизной и довольно хорошими техническими характеристиками. Они обладают стабильным напряжением, мало меняющимся стемпературой и с токами нагрузки. Ресурс составляет от 100 до 1000 циклов, адля некоторых типов аккумуляторов – более 1000 циклов. По времени эксплуатации автомобиля это соответствует примерно 600 ч и более. Аккумуляторыимеют напряжение 6 или 12 В.Первый действующий образец свинцового аккумулятора был создан в1859 г., серийно выпускаются с конца XIX века. Раньше специально для элек32Электропитание РЭАГлава 2тропитания РЭА выпускали радиоанодные и радионакальные свинцовые аккумуляторы.Свинцовые аккумуляторы выпускают средне- и крупногабаритными иподразделяют на стартерные (5-200 Ач), тяговые (40-1200 Ач) и стационарные(5-5000 Ач).В стартерном режиме аккумуляторы работоспособны до -30°С.
Современные зарядные устройства обеспечивают оптимальный режим эксплуатации.Нормальное состояние свинцового аккумулятора – полностью заряженное. Хранить его разряженным недопустимо. Глубокий разряд свинцового аккумулятора очень вреден для него. До недавнего времени свинцовые аккумуляторы требовали обслуживания в виде доливки воды в электролит (в электролитможно доливать только дистиллированную воду взамен испарившейся и разложившейся). В последние годы выпускают герметизированные необслуживаемые свинцовые аккумуляторы.Удельная энергия невелика: 10-40 Втч/кг или 50-90 Втч/л (для различных типов). Конструкция – призматический баночный пластиковый или эбонитовый моноблок, залитый герметично специальной массой (рисунок 2.19). Моноблок разделён на отдельные ячейки, соединённые последовательно.
12 В аккумулятор состоит из 6 таких ячеек. В каждой находится электродный блок, состоящий из вертикальных положительных и отрицательных пластин, погруженных в электролит.Наряду с кислотными аккумуляторами широкое распространение получили щелочные аккумуляторы, где электролитом служит едкий калий илиедкий натр, а электродами являются железные никелированные рамки, удерживающие пакеты с активной массой.Основные параметры щелочных аккумуляторов следующие:- ЭДС заряженного аккумулятора 1,75-1,8 В;- ЭДС разряженного аккумулятора 0,8-1,0 В;33Электропитание РЭАГлава 2- КПД до 60%;- срок службы (количество циклов заряд-разряд) 500-1000;- саморазряд в сутки 1,5%.Рисунок 2.19 – Стартерный свинцовый аккумулятор(производство АО "Тюменский аккумуляторный завод")Внешний вид современных щелочных аккумуляторов представлен на рисунке 2.20.Рисунок 2.20 – Современные щелочные аккумуляторыСвежезаряженный щелочной аккумулятор даёт напряжение около 1,71,8 В.
После прекращения заряда это напряжение даже без подключения нагрузки быстро падает до 1,4-1,45 В. Под нагрузкой напряжение каждого аккумулятора равно 1,2 В. В конце разряда напряжение падает до 0,95-1 В. Это говорит о том, что ёмкость аккумулятора израсходована и его требуется заряжатьснова.34Электропитание РЭАГлава 2Щелочные аккумуляторы по сравнению с кислотными обладают рядомпреимуществ. Они имеют ме́ ньшую массу, не боятся вибраций и толчков, непортятся от кратковременных коротких замыканий и от больших зарядных иразрядных токов, могут оставаться долгое время незаряженными. Однако онидороже свинцовых, дают значительно меньшее напряжение на каждый аккумулятор и имеют меньший КПД.Наибольшее распространение в малогабаритной РЭА получили никелькадмиевые (система Cd KOH NiOOH), никель-железные (система Fe KOH NiOOH) и никель-металлгидридные (система MH KOH NiOOH) герметичные аккумуляторы. Они изготавливаются двух типов: дисковые и цилиндрические. Дисковые аккумуляторы применяют в малогабаритной связной аппаратуре, слуховых аппаратах, калькуляторах, игрушках, электрофонарях и т.
д.Цилиндрические аккумуляторы дёшевы, имеют значительные сроки службы исохранность, хорошо переносят ударные нагрузки. Всё это определяет их широкое применение в медицинской, полевой, геофизической и других видахРЭА.В негерметичных аккумуляторах используют обычный принцип призматической баночной конструкции. Требуется периодически доливать дистиллированную воду.В положительных пластинах никель-кадмиевых аккумуляторов активноймассой является гидрат окиси никеля в смеси с графитом, в отрицательных –кадмий и окись железа.
Активная масса никель-железных аккумуляторов не содержит кадмия и имеет несколько иной состав.Никель-кадмиевые аккумуляторы были изобретены ещё в 1899 г. Вальдмаром Юнгнером. Однако материалы для производства таких аккумуляторовстоили дороже материалов для производства аккумуляторов других типов, ипоэтому в то время широкого использования они не нашли. Только в 1947 г.стали известны работы над созданием герметичных никель-кадмиевых аккуму35Электропитание РЭАГлава 2ляторов, в которых была осуществлена возможность рекомбинации газов, выделявшихся в процессе заряда, без их отвода. Конечным результатом этих разработок и стало появление герметичных никель-кадмиевых аккумуляторныхбатарей, используемых и в настоящее время.Основные параметры герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов:- ЭДС заряженного аккумулятора 1,48-1,5 В;- ЭДС разряженного аккумулятора 0,7-1,0 В;- КПД 50-60%;- срок службы (количество циклов заряд-разряд) до 1000 (однако согласноданным ряда исследований благодаря регулярному глубокому периодическомуразряду срок службы аккумуляторов увеличивается до 2000 циклов зарядразряд и более.);- разрядный ток – в широких пределах;- допускается перезаряд и недозаряд.Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют малое внутреннее сопротивление и могут работать в стартерных режимах.
Сохраняют устойчивую работоспособность в условиях низких температур и при воздействии вибраций и ударов. Правда, для никель-кадмиевых аккумуляторов крайне необходим полныйпериодический разряд: если его не делать, на пластинах элементов формируются крупные кристаллы, значительно снижающие их ёмкость (так называемый"эффект памяти").Таким образом, можно выделить следующие преимущества никелькадмиевых аккумуляторных батарей:- возможность быстрого и простого заряда, даже после длительного хранения аккумулятора;- большое количество циклов заряд/разряд;36Электропитание РЭАГлава 2- хорошая нагрузочная способность и возможность эксплуатации принизких температурах (вполне работоспособны при -40°С, причём они даже способны и заряжаться при такой температуре);- продолжительные сроки хранения при любой степени заряда;- сохранение стандартной ёмкости при низких температурах (хранениеаккумуляторов при более низкой температуре понижает потери ёмкости: обычно саморазряд при 0°С в 2 раза меньше, чем при 20°С);- наибольшая приспособленность для использования в жёстких условияхэксплуатации;- низкая стоимость.В то же время имеют место и следующие недостатки:- относительно низкая по сравнению с другими типами аккумуляторныхбатарей энергетическая плотность (дисковые аккумуляторы с двумя электродами среди герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов обладают самыми маленькими удельными энергетическими характеристиками: 15-18 Втч/кг; удельные энергетические характеристики цилиндрических аккумуляторов достигаютвеличин 45 Втч/кг; у аккумуляторов с положительным электродом на войлочной основе они ещё выше: до 55 Втч/кг.);- "эффект памяти" и необходимость проведения периодических работ поего устранению;- токсичность применяемых материалов, что отрицательно сказывается наэкологии, и некоторые страны ограничивают использование аккумуляторовэтого типа;- относительно высокий саморазряд.Дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы широко применяли в персональных компьютерах выпуска 1980-1990 гг., в частности PC-286/386 и ранних486, для электропитания энергонезависимой памяти настроек и часов реальноговремени при отключенном сетевом электропитании.
Срок службы аккумулято37Электропитание РЭАГлава 2ров в таком режиме составлял несколько лет, после чего батарея, в большинстве случаев впаянная в материнскую плату, подлежала замене. С развитием компьютерных технологий и уменьшением потребляемой мощности аккумуляторыбыли вытеснены одноразовыми литиевыми элементами ёмкостью порядка 200 мА·ч (CR2032 и т. д.), устанавливаемыми в гнёзда-защёлки и легко заменяемыми пользователем, с аналогичным сроком непрерывной работы.В СССР дисковые аккумуляторы были практически единственными доступными в широкой продаже аккумуляторами (кроме автомобильных).
Помимоотдельных элементов, предлагалась 9-вольтовая батарея из семи аккумуляторовД-0,1 с разъёмом, аналогичным "Кроне".Удельная энергия никель-железных аккумуляторов практически такая же,как у свинцовых, и в зависимости от типа и условий эксплуатации лежит в интервале 20-35 Втч/кг или 40-70 Втч/л, но они имеют гораздо бо́ льший ресурс –до 2000 циклов, могут разряжаться большими токами (до 10С у некоторых разновидностей). Вместе с тем никель-кадмиевые аккумуляторы имеют лучшиехарактеристики, а никель-железные – хуже, но в них нет дорогого и токсичногокадмия.Температурная зависимость ёмкости и напряжения никель-железных аккумуляторов выражена менее резко (собственно, как и у никель-кадмиевых аккумуляторов), чем у других электрохимических систем.
Рабочим пределом является температура -10°С. Срок службы – 10 лет, а для некоторых типов – 25лет и более. Для никель-железных аккумуляторов характерен высокий саморазряд: до 25-35% в месяц при 20°С.Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы заряжают постоянным током. Наиболее высокие удельные характеристики имеют цилиндрические рулонные конструкции аккумуляторов, наиболее низкие – дисковые конструкции. Это связано с толщиной электродов и с особенностями конструкции.38Электропитание РЭАГлава 2Из-за сравнительно низкого напряжения требуется большее число элементов вбатарее (например, 10 штук для создания 12 В батареи).В настоящее время Россия остаётся ведущей страной по выпуску никельжелезных аккумуляторов.Никель-металлгидридный аккумулятор появился как дальнейшее развитие никель-кадмиевой системы в результате замены кадмиевого электрода наводородный электрод.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
