Когда-то аккумуляторы были тяжёлыми и неуклюжими предметами, выдававшими смехотворно мало энергии для своего размера и веса. К счастью, со временем технологии улучшаются, и в 2020 году у нас есть прекрасные мощные литий-полимерные аккумуляторы, выдающие столько энергии, сколько может понадобиться вашему мобильному проекту. Однако при их использовании нужно учесть некоторые моменты – поэтому предлагаю вам прочесть руководство для начинающих о том, как правильно использовать LiPo в своём проекте.
Так много типов!
Первые коммерческие литий-ионные аккумуляторы вышли на рынок в 1991 году, и за прошедшие с тех пор почти 30 лет мы наблюдали быстрый их прогресс. В итоге у нас появилось множество различных технологий и типов аккумуляторов, делящихся по типу конструкции и используемых материалов. Чтобы правильно обращаться с аккумуляторами, важно знать, какой именно тип попал к вам в руки, и очень важно обратить на это внимание.
Литий-ионные элементы форм-фактора 18650 из ноутбука. Подобные наборы обычно соединяются точечной сваркой никелевых полосок.
Обычно литий-ионными, или Li-ion аккумуляторами называют всю технологию перезаряжаемых литиевых батареек целиком, однако часто так называют традиционные элементы с цилиндрическим металлическим корпусом. Один из вариантов – многоуважаемые 18650, однако вообще их существует множество вариантов и размеров. Их крепкие корпуса сделали их популярными для использования в средствах передвижения, так как последние испытывают значительные физические нагрузки.
Литий-полимерными, или Li-Po называют литий-ионные батарейки, использующие полимерный электролит вместо жидкого. Благодаря этому их можно делать в виде ёмкостей различной формы. Такая гибкость делает их полезными для таких применений, как смартфоны и планшеты, где требуется аккумулятор большой ёмкости и плоской формы. Также их часто используют в радиоуправляемых моделях, поскольку их небольшой вес даёт существенное преимущество летающим аппаратам.
Литий-полимерные пакетные аккумуляторы для использования в радиоуправляемых моделях.
Lithium-HV, или литиевые аккумуляторы высокого напряжения – это литий-полимерные батарейки, использующие специальную кремний-графеновую добавку на плюсовой клемме, благодаря которой она не повреждается высоким напряжением. Если заряжать большинство литиевых аккумуляторов до напряжения выше 4,2 В, они значительно потеряют в ёмкости, а их срок службы будет заметно уменьшаться. Используя эту добавку, можно заряжать элементы до 4,32 В без подобных негативных последствий. Повышение напряжения даёт примерно 10% прибавку к плотности энергии по сравнению с обычными литий-полимерными аккумуляторами.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы , или LiFePO4, используют немного изменённую химию, благодаря чему они могут выносить больше циклов заряда/разряда за счёт немного меньшей энергетической ёмкости. Лучше всего они работают в диапазоне от 3,0 В до 3,65 В, а не в типичном для стандартной химии литий-ионов диапазоне 3,0-4,2. Благодаря этому и очень плоской кривой разряда делает их идеальными для замены 12 В свинцовых батарей во многих случаях, а вместо оригинальных шести элементов используются четыре. Обычно они более стабильными, меньше подвержены саморазряду и потере ёмкости со временем.
Уважайте границы
Ошибка может привести к неприятным результатам
По сравнению с большинством типов аккумуляторов, литиевые элементы плохо переносят неправильное обращение. Разряд ниже нижнего предела приводит к формированию медных дендритов, из-за чего у них уменьшается ёмкость и может произойти короткое замыкание. Перезаряд может привести к повреждению анода отложениями лития, из-за чего могут образоваться литиевые дендриты, что часто приводит к короткому замыканию или самоподдерживающейся реакции с выделением тепла – аккумулятор начинает дымиться и гореть. Также каждый элемент в группе нужно поддерживать на том же уровне напряжения, что и все его соседи, чтобы элементы не слишком быстро деградировали.
Важно не заряжать литиевые элементы слишком быстро. Также на эффективность работы аккумуляторов сильно влияет окружающая температура. Литиевые аккумуляторы не любят температур ниже нуля, особенно при полном заряде. Их нельзя заряжать при отрицательной температуре. Поскольку металлический литий может отложиться на минусовом электроде, что может повредить элемент или вызвать короткое замыкание. В принципе, их можно заряжать при температуре до -5°C, однако это нужно делать очень медленно. Кроме того, аккумуляторы могут повредиться, если заряжать их при температурах выше 45°C.
При выходе за указанные пределы в лучшем случае вы просто убьёте аккумулятор, в худшем случае он загорится и взорвётся. Кроме того, эти элементы подвержены раздуванию, выделению газа, да и вообще кажутся не очень удобными в работе. Может показаться, что иметь с ними дело чересчур сложно. К счастью, современная электроника научилась справляться с их проблемами. Правильное оборудование и меры предосторожности дают возможность использовать литиевые аккумуляторы безопасно и эффективно. Однако все, кто работает с ними, должны уяснить себе потенциальные опасности. Боб Бэддели в прошлом ноябре опубликовал отличную статью на эту тему.
Работа с аккумуляторами
В случае использования отдельных элементов или их групп, к примеру, при использовании LiPo аккумуляторов в радиоуправляемых моделях, достаточно просто использовать специальное зарядное устройство для литиевых аккумуляторов. При зарядке нужно подключать провода для проверки балансировки [позволяют измерять напряжение на каждом из элементов по отдельности / прим. перев.], особенно если батарея разрядилась полностью. Наибольшей эффективности в работе батарей можно добиться при использовании умных зарядных устройств (особенно в случаях с LiFePO4 и элементами высокого напряжения). Убедитесь, что у вас есть способ остановить разрядку батарей в случае слишком сильного понижения напряжения – будь то предупреждающий световой индикатор, звуковой сигнал или просто автоматическое отключение.
Подобные модули отлично подходят для интеграции литиевых аккумуляторов в прототип
Если вашему устройству требуется интегрированный аккумулятор, вам подойдут специальные платы защиты и заряда. Существуют готовые модули и интегральные схемы, позволяющие без проблем контролировать работу литий-ионных батарей. В принципе их множество – от тех, которые просто разрывают контур при понижении напряжения, до комплексных решений по зарядке и защите. Такие компании, как Adafruit, продают модули, которые отлично подойдут для начинающих любителей электроники, желающих интегрировать удобное решение по заряду и контролю аккумуляторов без необходимости проектировать платы самостоятельно. Однако существуют открытые решения, которые будет легко интегрировать в собственную плату в будущем.
Система управления батареей (BMS) для аккумуляторов из 12 элементов, способного выдавать до 60 А.
Для более крупных проектов с самостоятельно собранными батареями хорошо подойдут системы управления батареей (BMS). BMS, по сути, не сильно отличается от микросхемы защиты, она просто разработана для более крупных задач. BMS обычно используется для аккумуляторов, состоящих из десятка или более элементов, и часто в таких проектах, как электровелосипеды и другие средства передвижения. BMS паяется непосредственно к аккумуляторам, и подсоединяется к каждому элементу в отдельности [к группе элементов, соединённых параллельно / прим. перев.]. Её задача – балансировка элементов, ограничение тока разрядки для безопасности, управление процессом зарядки. Опытные сборщики батарей часто интегрируют BMS в корпус или кожух самого аккумулятора, оставляя снаружи только коннектор. Это позволяет пользователю просто добавить готовый аккумулятор в свой проект, не беспокоясь о защите.
Если вашему проекту необходима особая устойчивость к воздействию окружающей среды, вам также придётся отслеживать температуру аккумулятора. Отслеживать температуру ячеек, в особенности во время зарядки – отличный способ защитить аккумулятор от повреждения. У лучших чипов и BMS есть функция отслеживания температуры. На таком уровне сборки вы уже будете делать батарею самостоятельно, внедряя термопары в нужные места во время сборки. Для аккумуляторов, выдающих большие токи, температуры нужно отслеживать в обязательном порядке. Практически во всех электровелосипедах и электромобилях есть оборудование для отслеживания температуры аккумуляторов и управляющих систем.
Итог
Литий-ионные батарейки могут быть опасными, но при правильном использовании они достаточно безопасны для большинства проектов. Главное – использовать правильное оборудование, чтобы убедиться, что вы не выйдете за пределы диапазонов напряжения и температуры, иначе может случиться беда. Надеюсь, что данная инструкция поможет вам в поисках информации по включению литиевых аккумуляторов в свой проект.
Автор Aluarius На чтение 10 мин. Просмотров 505 Опубликовано
Принципиально устройство аккумулятора больше чем за 150 лет с момента его изобретения не изменилось, хотя современность внесла серьёзные новшества в технологические процессы их изготовления и используемые материалы, из чего состоит аккумулятор.
Что такое аккумулятор
Аккумулятор – автономный источник электричества, который накапливает, сохраняет и отдает энергию. Аккумуляторная батарея – важный элемент электрооборудования транспортного средства. Назначение акб определяется в запуске двигателя и обеспечении подачи электричества в бортовую сеть. Все электроприборы, когда выключен мотор, и не работает генератор, работают от батареи. Накопитель помогает в пробке, когда энергии генератора не хватает.
Устройство и принцип работы аккумулятора
Для того, чтобы разобраться, как работает аккумулятор, необходимо знать устройство акб, что внутри аккумулятора обеспечивает работу прибора. Основной принцип работы аккумулятора заключается в разности потенциалов при погружении двух пластин в электролит. В 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, каждый из которых вырабатывает 2 вольта. Все они объединены совместным корпусом, который образует единое целое конструкции.
Аккумулятор в разрезеПри работе этой конструкции, пластинки из-за действия серной кислоты выделяют сульфат свинца, в результате чего образуется электрический ток. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным. Принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, который позволяет полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора зависит от качества используемых материалов, из чего состоит акб.
Схема строения
Схема строенияВиды аккумуляторов
Классификация акб по составу активного вещества
Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Возникала необходимость по улучшению качества работы акб. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, потому что в них уже намного реже требовался долив воды.
При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт требовали постоянного долива, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов использовать герметичный, неразборной корпус.
- Сурьмянистые батареи относятся к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
- В малосурьмянистых акб материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
- При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
- Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
- EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая из пластин закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
- В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Такая технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.
- В литиевых акб используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
- Отличительной особенностью AGM является то, что в электролит с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
- Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.
Классификация батарей по типу электролита
Электролиты бывают кислотными, щелочными. Щелочные растворы используются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости представляют собой сильные основания, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.
Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Такие составы можно приобрести в специализированных магазинах или же приготовить самостоятельно в домашних условиях. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке также возможно довольно точно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности смешать кислоту с дистиллированной водой.
Важно! вода при минусовых температурах превращается в лед. Всегда при морозе нужно применять меры, необходимые для предотвращения замерзания аккумулятора.
Основные технические характеристики аккумуляторов
Номинальная емкость аккумулятора
Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.
Важно! Емкость не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.
Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке, ведь именно по этому критерию большинство пользователей выбирают нужную модель.
Пусковой ток
Величину, характеризующую параметр тока, протекающего в стартере автомобиля в момент пуска силового узла, принято считать пусковым током. Пусковой ток или стартерный возникает в момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Он же ток холодной прокрутки является показателем, как аккумулятор поведет себя в морозную погоду и сможет запустить двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.
Полярность
Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Полюса всего два – положительный и отрицательный, вариантов расположения – прямое и обратное.
Прямая полярность – отечественная разработка. Чтобы ее определить, нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что акб с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.
Прямая, обратная полярностьИсполнение корпуса
Корпус большинства аккумуляторов состоит из ударопрочного полипропилена, который характеризуется как материал легкий, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен довольно стоек к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Традиционно появились американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.
Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты. Например, у батарей емкостью 60 Ач общая высота от 17,5 до 19 сантиметров. У азиатских этот показатель немного выше, до 22 сантиметров за счет верхнего расположения электродов. Именно поэтому важно корректно анализировать возможности посадочного места под капотом, чтобы надежно закрепить АКБ прижимной планкой и избежать замыкания при случайном касании токоотводами металлических частей кузова.
У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы дополнительно защищены от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке, верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора. Какую клемму снимать с аккумулятора первой читайте здесь.
Важно! При приобретении акб нужно знать, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу. На азиатских корпусах могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.
Российский стандарт акб
| Обозначение | Описание букв |
| А | АКБ имеет общую крышку для всего корпуса |
| З | Корпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально |
| Э | Корпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита |
| Т | Корпус-моноблок АБК выполнен из термопластика |
| М | В корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ |
| П | В конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты |
Европейские корпусы и американские имеют идентичные габаритыТип и размер клемм
Распространены аккумуляторы с клеммами трех разных стандартов: тип Euro – Type 1, и Asia –Type 3, «под болт» – американский стандарт. В типе Euro плюсовая клемма имеет диаметр 19,5 мм, минусовая клемма – 17,9 мм. В типе Asia клемма плюс имеет диаметр 12,7 мм, клемма минусовая – 11,1 мм. Клеммы «под болт» находятся на боковой стенке аккумулятора и сверху. Болт, соединённый с проводом, продевается в отверстие клеммы и фиксируется гайкой.
Американский стандартТип крепления
При выборе акб особое внимание следует обращать на тип крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. Вверху крепится элемент с помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор. Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.
Тип крепления встречается на «азиатах»
Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса акб находится выступ, за который аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.
Нижнее креплениеНазначение аккумуляторных батарей
Автомобильная аккумуляторная батарея выступает как источником электрического тока, необходимого для пуска двигателя, так и резервным источником питания, в случае, если энергии, вырабатываемой генератором, оказывается мало для электроснабжения авто. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, так как она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки.
Важно! Перед проверкой системы электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и готова к эксплуатации.
В каких сферах используется
Аккумуляторные батареи используются как дополнительный или основной источник питания. Надежность, простота в использовании позволяет применять батареи в различных областях:
- автомобильная промышленность;
- освещение в аварийном состоянии;
- переносное электрооборудование;
- медицинское оборудование;
- игрушки;
- сигнализация в разных сферах применения;
- телекоммуникационное оборудование.
Применение батареи в игрушкахРоль акб в работе приборов не оспорима. Применение источника энергии практически во всех отраслях доказывает значимость и необходимость знаний о внутреннем содержимом батарей. С использованием в автомобилях широкого разнообразия электроприборов, кондиционеров, мультимедийных центров, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка энергией поступает от АКБ, который кроме этого выполняет основную функцию, обеспечивает электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор, чтобы выявить сбои в работе источника энергии, назначение аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю. О способах и рекомендациях как проверить аккумулятор читай тут.
- Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
- Опубликовано 01.03.2016 05:05
- Автор: Abramova Olesya
Электрохимическая батарея состоит из катода, анода и электролита. При зарядке аккумуляторной батареи происходит накопление электронов на аноде, которое создает потенциал напряжения между анодом и катодом. При обычной работе в качестве источника питания ток протекает от катода к аноду через нагрузку. При зарядке аккумулятора ток течет в противоположном направлении.
Электроды батареи связаны между собой двумя различными путями, первый это электрический контур, через который электроны текут питать нагрузку, а второй — через электролит, где ионы движутся между электродами через диэлектрический разделитель (сепаратор). Рассмотрим подробнее эти три компонента батареи.
Анод и катод
Электрод, который высвобождает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции, называется анод. Электрический потенциал анода гальванического элемента отрицателен по отношению к катоду. Химическая реакция в аккумуляторной батарее является обратимым процессом, и, следовательно, полярность электродов меняется в зависимости от режима работы (заряд/разряд), но обозначение клемм всегда постоянно. В таблицах 1a, b, c и d описывается состав и процессы в литиевых, свинцовых, никелевых и щелочных батареях.
| Литий-ионная батарея | Катод | Анод | Электролит |
| Материальный состав элементов | Оксиды кобальта, никеля, марганца, железа и алюминия | На углеродной основе | Соли лития в органическом растворителе |
| Состав и процессы при заряженном состоянии | Оксид металла с интеркаляционной структурой | Миграция ионов лития к аноду | |
| Состав и процессы при разряженном состоянии | Ионы лития возвращаются к положительному электроду | В основном, углеродная основа |
Таблица 1a: Состав и процессы в литий-ионном аккумуляторе.
| Свинцово-кислотная батарея | Катод | Анод | Электролит |
| Материальный состав элементов | Диоксид свинца | Серый губчатый свинец | Соляная кислота |
| Состав и процессы при заряженном состоянии | Диоксид свинца PbO2, электроны присоединяются | Свинец Pb, электроны отсоединяются | Сильная серная кислота |
| Состав и процессы при разряженном состоянии | Свинец преобразуется в сульфид свинца, на аноде – с выделением электронов, а на катоде — с присоединением | Слабая серная кислота (разбавленная водой) | |
Таблица 1b: Состав и процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе.
| NiMH, NiCd | Катод | Анод | Электролит |
| Материальный состав элементов | Никель | NiMH: водородопоглощающий сплав NiCd: кадмий |
Гидроксид калия |
Таблица 1c: Состав никель-металл-гидридного и никель-кадмиевого аккумуляторах.
| Щелочная (алкалиновая) батарейка | Катод | Анод | Электролит |
| Материальный состав элементов | Диоксид марганца | Цинк | Водный раствор щелочи |
Таблица 1d: Состав щелочной (алкалиновой) батарейки.
Электролит и сепаратор
При затопленной негерметичной системе конструкции аккумулятора, жидкий электролит свободно течет между двумя электродами. В герметичных же конструкциях электролит обычно выступает в роли пропитки для сепаратора, чтобы обеспечивать движение ионов от катода к аноду и в обратном направлении при зарядке. Ионы – это атомы, которые присоединили или потеряли электроны. Потеряв благодаря этому электронейтральность, они приобретают способность двигаться между электродами через сепаратор. Сам же сепаратор является диэлектрическим, то есть не способным к электропроводности. Смотрите также: Какую функцию выполняет в электрической батарее сепаратор? и Для чего в электрической батарее нужен электролит?
В мае 2015 года Илон Маск представил красивые домашние блоки Powerwall, чтобы хранить энергию от солнечных батарей с крыши — и снабжать бесплатным электричеством весь дом днём и ночью. Даже при отсутствии солнечных батарей такое резервное питание для дома особенно ценно, если в квартале отключили электричество. Компьютер и вся техника продолжат спокойно работать.
Вторая версия Powerwall хранит до 13,5 кВтч, чего должно хватить на несколько часов (стандартная мощность 5 кВт, а в пике 7 кВт). Проблема лишь в том, что оригинальная версия от Tesla стоит аж $5500 (плюс $700 за сопутствующее оборудование, итого $6200, плюс работы по установке стоят от $800 до $2000) — очень дорого. DIY-мейкеры решили эту проблему с помощью бэушных батареек, которые лежат бесплатно в выброшенных ноутбуках.
Своими руками можно собрать блок с лучшими характеристиками, чем у Tesla (например, на 30-100 кВтч) — и намного дешевле.
Энтузиасты DIY-сборки делятся опытом на специализированных форумах DIY Powerwalls, в группе на Facebook и на YouTube. Специальный раздел на форумах посвящён безопасности — это важный аспект, когда собираешь такую мощную штуку, которая может ещё и загореться на улице (их обычно устанавливают за пределами дома, чтобы не нарушать закон и из безопасности).
Для мейкеров сборка и подключение такого блока питания — не только интересное занятие и экономия денег, но ещё и возможность разобраться, как работает электрика в доме.
Практически все энтузиасты в комментарии Motherboard отметили, что их собственные системы получаются гораздо большей ёмкости, чем у Tesla. Вероятно, компания пожертвовала ёмкостью ради красивого тонкого дизайна блока питания и ради большей эффективности охлаждения и безопасности. Один из французских мейкеров с форума под ником Glubux собрал блок на 28 кВтч. Он говорит, что этого хватает для всего дома, и пришлось даже купить электрическую духовку и индукционную плиту, чтобы куда-то расходовать излишки энергии.
Австралийский мейкер Питер Мэтьюс собрал блок на 40 кВтч, который питается от 40 солнечных панелей на крыше, благо в Австралии нет недостатка солнечных дней.
Самый большой самодельный блок, который удалось найти Motherboard, собран из 22 500 ячеек от ноутбуков и имеет ёмкость более 100 кВтч. От такого блока маленький дом может работать несколько месяцев — например, всю зиму — даже если солнечные панели полностью вышли из строя или неактивны.
А калифорнийский блогер Джеху Гарсия намерен собрать из батареек ноутбука систему на 1 мегаватт, крупнейшую подобную систему частного хранения энергии в США.
Большинство энтузиастов использует при сборке литий-ионные аккумуляторы модели 18650. Они обычно упакованы в цветные пластиковые корпуса и устанавливаются в ноутбуки и другую электронику. Новые аккумуляторы 18650 стоят около $5 за штуку, так что система выйдет немногим дешевле модели от Tesla. Поэтому сборщики обычно скупают бэушные аккумуляторы и вынимают аккумуляторы из выкинутых сломанных ноутбуков. К сожалению, многие люди просто выкидывают аккумуляторы вместе со сломанным ноутбуком, хотя они ещё вполне рабочие. По словам директора крупнейшей в США компании по переработке батарей Call2Recycle, около 95% аккумуляторов не используются повторно, а заканчивают свой путь на свалке, хотя почти все типы батарей могут быть использованы повторно в том или ином виде.
Найти достаточное количество выброшенной техники не так просто, а в последнее время стало ещё труднее, потому что многие люди начали собирать из них собственные энергетические системы вроде Powerwall, а производители ноутбуков вообще не поощряют повторное использование их аккумуляторов в самодельной технике не их фирмы.
После находки батарей их тестируют, затем «обновляют» через cycling с полным разрядом. Потом батареи объединяет в «упаковки». Такие коробки для сотни батарей можно купить на рынке или собрать самостоятельно. Наверх прикрепляют электропроводящие медные «шины» (busbars), а к ним припаивают контакты батарей.
Вся структура прикрепляются к инвертору и монтируется в стойке, которая устанавливается обычно на улице. Можно установить там систему мониторинга для контроля температуры с автоматическим отключением банков энергии, которые слишком сильно разогрелись.
Сейчас уже сформировалось целое сообщество мейкеров со всего мира, которые конструируют такие «аккумуляторные домашние фермы» из старых батарей ноутбуков, чтобы хранить электричество от солнечных батарей. Сообщество объединяет энтузиастов со всего мира, они делятся опытом и советами по безопасности, инженерным системам, совместимости разных типов батарей и т. д. Успех и безопасность Powerwall доказала, что это действительно безопасные системы, пригодные для постоянного долговременного использования (у Powerwall гарантия 10 лет).
Сравните плюсы и минусы цилиндрической ячейки, кнопочной ячейки, призматической ячейки и пакета
По мере того, как начали массово изготавливаться батареи, дизайн баночки изменился на цилиндрический. Большая ячейка F для фонарей была введена в 1896 году, а ячейка D — в 1898 году. В связи с необходимостью меньших ячеек ячейка C появилась в 1900 году, а популярный AA был введен в 1907 году.См. BU-301: стандартизация батарей в нормах.
Цилиндрическая ячейка
Цилиндрическая ячейка продолжает оставаться одним из наиболее широко используемых видов упаковки для первичных и вторичных батарей. Преимуществами являются простота изготовления и хорошая механическая стабильность. Трубчатый цилиндр может выдерживать высокое внутреннее давление без деформации.
Многие цилиндрические элементы на основе лития и никеля оснащены переключателем с положительным тепловым коэффициентом (PTC). При воздействии чрезмерного тока нормально проводящий полимер нагревается и становится резистивным, останавливая протекание тока и действуя в качестве защиты от короткого замыкания.Как только короткое замыкание устранено, PTC охлаждается и возвращается в проводящее состояние.
Большинство цилиндрических ячеек также имеют механизм сброса давления, а в самой простой конструкции используется мембранное уплотнение, которое разрушается под высоким давлением. Утечка и высыхание могут произойти после разрушения мембраны. Сменные вентиляционные отверстия с подпружиненным клапаном являются предпочтительной конструкцией. Некоторые потребительские литий-ионные элементы включают в себя устройство прерывания заряда (CID), которое физически и необратимо отключает элемент, когда активируется, когда происходит небезопасное повышение давления.На фиг.1 показано поперечное сечение цилиндрической ячейки.
Рисунок 1: Поперечное сечение литий-ионной цилиндрической ячейки . |
Типичные области применения цилиндрической ячейки — электроинструменты, медицинские инструменты, ноутбуки и электронные велосипеды.Чтобы разрешить изменения в пределах данного размера, производители используют частичные длины ячеек, такие как форматы половин и трех четвертей, а никель-кадмий обеспечивает наибольшее разнообразие ячеек. Некоторые из них перешли на никель-металл-гидридные, но не литий-ионные, поскольку эта химия установила свои собственные форматы. 18650, показанный на рисунке 2, остается одним из самых популярных сотовых пакетов. Типичные области применения 18650 Li-ion — это электроинструменты, медицинские приборы, ноутбуки и электронные велосипеды.
Рисунок 2: Популярная 18650 литий-ионная батарея. |
В 2013 году было произведено 2,55 миллиарда 18650 клеток. Ранние энергетические клетки имели 2,2 Ач; это было заменено ячейкой 2.8Ah. Новые ячейки теперь имеют 3,1 Ач с увеличением до 3,4 Ач к 2017 году. Производители ячеек готовятся к 3,9 Ач 18650.
18650 вполне может быть самой оптимизированной ячейкой; он предлагает одну из самых низких затрат на единицу Wh и имеет хорошие показатели надежности.По мере того, как потребители переходят к плоской конструкции в смартфонах и планшетах, спрос на 18650 исчезает, и на Рисунке 3 показано избыточное предложение, которое корректируется благодаря спросу на электромобили Tesla, который также использует этот формат ячеек. По состоянию на конец 2016 года аккумуляторная промышленность опасается нехватки аккумуляторов, чтобы удовлетворить растущий спрос на электромобили.
| Рисунок 3: Спрос и предложение 18650. Спрос на 18650 достиг бы максимума в 2011 году, если бы не было новых потребностей в военных, медицинских и беспилотных летательных аппаратах, включая электромобиль Tesla. Переход на плоский дизайн потребительских товаров и более широкий формат для электрической трансмиссии в конечном итоге насытит 18650. Новая запись — 21700. Источник: Avicenne Energy |
Существуют другие цилиндрические литий-ионные форматы с размерами 20700, 21700 и 22700. Между тем, Tesla, Panasonic и Samsung выбрали 21700 для простоты производства, оптимальной емкости и других преимуществ.В то время как 18650 имеет объем приблизительно 16 см 3 (16 мл) с емкостью около 3000 мАч, ячейка 21700 имеет приблизительно 24 см 3 (24 мл) с указанной емкостью до 6000 мАч, что существенно удваивает емкость с 50 % увеличения объема. Tesla Motor называет новый 21700 своей компании «ячейкой с наивысшей плотностью энергии, которая также является самой дешевой». (Номенклатура сторонников Теслы в 2170 году не совсем верна; последний ноль модели 21700 описывает цилиндрическую ячейку, согласованную со стандартом МЭК.)
Более крупная ячейка 26650 диаметром 26 мм не имеет
.Аккумулятор— это … Что такое аккумулятор?
аккумуляторный элемент — Отдельные отсеки в аккумуляторе, заполненном электролитом. Батареи на шесть вольт имеют три элемента, а батареи на 12 вольт имеют шесть элементов … Словарь автомобильных терминов
Национальный альянс по производству передовых аккумуляторных батарей для транспортировки — Национальный альянс по производству передовых аккумуляторных батарей для транспорта был создан в декабре 2008 года как альянс между 14 производителями аккумуляторов и Аргоннской национальной лабораторией для повышения конкурентоспособности американской аккумуляторной промышленности…… Википедия
Батарея (электричество) — Для других целей, см. Батарея (значения).Различные элементы и батареи (слева направо и снизу справа): два AA, один D, одна портативная радиобатарея с ветчиной, два 9-вольтовых (PP3), два AAA, один C, один… Wikipedia
Аккумулятор (вакуумная трубка) — В электронике вакуумные трубки традиционно питались от аккумуляторов. Каждая батарея имела различное обозначение в зависимости от того, с каким элементом вакуумной трубки она была связана. Первоначально единственным таким устройством был диод с одной нитью накала…… Wikipedia
Система управления батареями — Система управления батареями (BMS) — это любое электронное устройство, которое управляет перезаряжаемой батареей (элементом или батарейным блоком), например, отслеживая ее состояние, вычисляя вторичные данные, сообщая эти данные, защищая их, контролируя его окружение,… Википедия
ячейка — [1] Отсек или камера в батарее, которые содержат положительные и отрицательные пластины, взвешенные в электролите.Батарея на 6 В имеет три элемента, а батарея на 12 В — шесть элементов. [2] Камера сгорания в роторном двигателе. Также см. Батарею…… словарь автомобильных терминов
Наполнитель батареи — Устройство с длинной полой трубкой с резиновой колбой на одном конце. Он используется для вставки в контейнер с аккумуляторной кислотой и всасывания кислоты, а затем для вставки в аккумуляторный элемент для ее заполнения. Тем не менее, аккумуляторы для мотоциклов поступают из…… словаря автомобильных терминов
крышка батарейного отсека — Маленькие крышки, которые герметизируют каждый элемент батареи… Словарь автомобильных терминов
разъем ячейки — Свинцовый стержень или планка, соединяющая группы элементов батареи… Словарь автомобильных терминов
Аккумулятор — Батарея * н, н.; пл. {} батареи. [F. Баттер, фр. battre. См. {Баттер}, т. Т.] 1. Акт избиения или избиения. [1913 Вебстер] 2. (Закон) Незаконное избиение другого. Он включает в себя каждое преднамеренное, злое и жестокое или небрежное прикосновение к… … Международному словарю по сотрудничеству в английском языке
Battery d’enfilade — Battery Bat ter * y, n .; пл. {} батареи. [F. Баттер, фр. battre. См. {Баттер}, т. Т.] 1. Акт избиения или избиения. [1913 Вебстер] 2. (Закон) Незаконное избиение другого.Он включает в себя каждого умышленного, злого и насильственного или небрежного … … Международный словарь английского языка для совместной работы
Позвоните нам: +86 18933995374
Валюта: Доллары США - CNY ¥
- Евро €
- GBP £
- Доллары США
shopping_cart телега (0)
Поиск
Меню
Меню
назад
- ДОМОЙ
Аккумуляторы
Зарядные устройства
E-Bike Kits
MCU control Зарядные устройства
ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА TUV GS ETL
зарядные устройства с RS-485 или CAN
Моторы
Контроллеры
E-Bike АКСЕССУАРЫ
- Зарядные устройства
ГОРЯЧИЙ
ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА TUV GS ETL
MCU Control Зарядные устройства
Универсальные зарядные устройства переменного тока
100 ~ 120 В переменного тока или 200 ~ 240 В переменного тока Зарядные устройства
ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА БЕЗОПАСНОСТИ
зарядные устройства с RS-485 или CAN
- батареи
литий-ионный аккумулятор
- Аккумуляторная батарея с высокой скоростью передачи
- Аккумуляторная батарея с высокой скоростью передачи
Lifepo4 Аккумулятор
батарейки
BMS
Чехол для батареи
- двигатель
- Задний мотор
- Задний мотор
Центральный мотор
Передний мотор
- E-Bike
Переднеприводный
заднее вождение
E-Bike
- аксессуары
Контроллер
МЕТР / ДИСПЛЕЙ
Дроссель
Информация о литиевых батареях — Battery University
Узнайте, почему литий-ионный аккумулятор является превосходной системой батарей.
Новаторская работа литиевой батареи началась в 1912 году при Г.Н. Льюис, но только в начале 1970-х годов первые не перезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за нестабильности металлического лития, используемого в качестве материала анода.(Металлическая литиевая батарея использует литий в качестве анода; литий-ионный использует графит в качестве анода и активные материалы в катоде.)
Литий является самым легким из всех металлов, обладает наибольшим электрохимическим потенциалом и обеспечивает наибольшую удельную энергию на вес. Аккумуляторы с металлическим литием на аноде могут обеспечить чрезвычайно высокую плотность энергии; однако в середине 1980-х годов было обнаружено, что езда на велосипеде приводит к появлению на аноде нежелательных дендритов. Эти частицы роста проникают в сепаратор и вызывают короткое замыкание.Температура в ячейке быстро повышалась и приближалась к точке плавления лития, вызывая тепловое убегание, также известное как «вентиляция пламенем». Большое количество перезаряжаемых металлических литиевых батарей, отправленных в Японию, было отозвано в 1991 году после того, как батарея в мобильном телефоне испускала горючие газы и наносила ожоги лицу человека.
Нестабильность металлического лития, особенно во время зарядки, сместила исследования в неметаллический раствор с использованием ионов лития. В 1991 году Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор, и сегодня эта химия стала самой многообещающей и наиболее быстро растущей батареей на рынке.Несмотря на то, что удельная энергия ниже, чем у литий-металлического, ион Li безопасен при условии соблюдения ограничений по напряжению и току. (См. BU-304a: вопросы безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов.)
Авторы изобретения литий-кобальт-оксидной батареи должны получить Джон Б. Гуденоу (1922). Говорят, что во время разработки аспирант, работавший в Nippon Telephone & Telegraph (NTT), работал с Goodenough в США. Вскоре после прорыва студент отправился обратно в Японию, взяв находку с собой.Затем в 1991 году Sony объявила о международном патенте на литий-кобальт-оксидный катод. Последовали годы судебных разбирательств, но Sony смогла сохранить патент, а Гуденоф ничего не получил за свои усилия. В знак признания вклада, внесенного в разработки Li-ion, Национальная инженерная академия США в 2014 году наградила Гуденофа и других авторов премией имени Чарльза Старка Дрэйпера. В 2015 году Израиль наградил Гуденафа призом в 1 миллион долларов, который он пожертвует компании Texas Materials. Институт помощи в исследованиях материалов.
Ключом к превосходной удельной энергии является высокое напряжение элемента 3,60 В. Усовершенствования в активных материалах и электролитах имеют потенциал для дальнейшего повышения плотности энергии. Характеристики нагрузки хорошие, а плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной энергии в желаемом и плоском спектре напряжения 3,70-2,80 В / элемент.
В 1994 году стоимость изготовления Li-ion в цилиндрической ячейке 18650 превысила 10 долларов США, а емкость — 1100 мАч. В 2001 году цена упала до уровня ниже 3 долларов, а емкость выросла до 1900 мАч.Сегодня 18650 ячеек с высокой энергоемкостью обеспечивают более 3000 мАч, а затраты снижаются. Снижение затрат, увеличение удельной энергии и отсутствие токсичных материалов проложили путь к тому, чтобы сделать литий-ионную батарею универсально приемлемой батареей для портативных применений, тяжелой промышленности, электрических силовых установок и спутников. 18650 имеет размеры 18 мм в диаметре и 65 мм в длину. (См. BU-301: взгляд на старую и новую упаковку батарей.)
Литий-ионная батарея — это батарея, не требующая особого обслуживания, — преимущество, на которое не может претендовать большинство других химикатов.Аккумуляторная батарея не имеет памяти и не нуждается в упражнениях (преднамеренная полная разрядка), чтобы поддерживать ее в хорошем состоянии. Саморазряд составляет менее половины от систем на основе никеля, и это помогает в применении топливомеров. Номинальное напряжение ячейки 3,60 В может напрямую питать мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры, предлагая упрощения и снижение затрат по сравнению с конструкциями с несколькими ячейками. Недостатками являются необходимость схем защиты для предотвращения злоупотреблений, а также высокая цена.
Типы литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионный использует катод (положительный электрод), анод (отрицательный электрод) и электролит в качестве проводника.(Анод разрядной батареи отрицательный, а катод положительный (см. BU-104b: Строительные блоки батареи). Катод — оксид металла, а анод — пористый углерод. Во время разряда ионы текут от анода к катоду через электролит и сепаратор, заряд меняет направление, и ионы движутся от катода к аноду. Рисунок 1 иллюстрирует процесс.
| Рисунок 1. Ионный поток в литий-ионной батарее. Когда элемент заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом (положительный электрод) и анодом (отрицательный электрод). При разряде анод подвергается окислению или потере электронов, а катод видит уменьшение или усиление электронов. Заряд меняет направление движения. |
Литий-ионные аккумуляторы бывают разных видов, но у всех есть одна общая черта — «литий-ионный» лозунг. Несмотря на то, что на первый взгляд эти батареи поразительно похожи, они отличаются по своим характеристикам, а выбор активных материалов дает им
.