Baterijos ir akumuliatoriai yra plačiai naudojami beveik visose gyvenimo srityse - nuo labai specializuotų pramoninių ir laboratorinių taikymų iki kasdienio naudojimo daiktų, pramogų ir švietimo. Elementai naudojami gyvybę gelbstinčioje įrangoje, specializuotose mašinose, RTV ir buitinėje technikoje, taip pat vis labiau populiarėjančiame daiktų internete (IoT) ar vaikų žaisluose. Tiek baterijos, tiek akumuliatoriai priklauso elektros energijos šaltiniams, apimantiems galvaninius elementus, tai yra tokius, kurie cheminę energiją paverčia elektros energija cheminės reakcijos metu.
Baterijos (pirminiai elementai) yra vienkartinės, tai reiškia, kad išsekus energijai jos negali būti pakartotinai įkraunamos. Dėl specifikos baterijos naudojamos įrenginiuose, kuriems reikia mažai energijos, o akumuliatoriai rekomenduojami naudoti įrenginiuose, kuriems reikia daugiau elektros energijos. Baterijų kaina paprastai yra mažesnė, tačiau dėl pakartotinio įkrovimo, ilgalaikėje eksploatacijoje akumuliatoriai pasirodo esantys pigesni naudoti.
Istorija ir tipai
Baterijų istorija siekia 1800 metus, kai Alessandro Volta sukūrė įrenginį, galintį paversti cheminę energiją į elektros energiją, vėliau pavadintą Voltos stulpu arba Voltos elementu. Elementą sudarė pakaitomis išdėstyti cinko ir vario diskai, atskirti druskos tirpalu (vandens druskos tirpalu) sudrėkinta kartono gabalėliais. Cheminės reakcijos tarp metalų ir elektrolito generavo įtampą, leidžiančią tekėti elektros srovei. Kiti elementai buvo Daniell ir Leclanché elementai - pastarasis tapo pagrindu vėlesnėms sausosioms baterijoms, įskaitant populiarias cinko-anglies baterijas.
Cinko-anglies baterijos
Pirmosios šiuolaikinės baterijos buvo jau minėtos, vis dar rinkoje esančios, cinko-anglies baterijos, pagamintos Leclanché elemento pagrindu. Šios baterijos rodo gerą našumą įrenginiuose, kuriems reikia mažai srovės, tačiau jų našumas žymiai sumažėja, kai srovės poreikis viršija 100mA. Katodas yra anglies strypas, padengtas mangano dioksidu, anodas - cinkas, o elektrolitas - amonio chlorido arba cinko chlorido vandens tirpalas. Baterijos pasižymi nominalia 1,5V įtampa ir teorine energijos tankiu, siekiančiu 40-70Wh/kg. Jos gali veikti nuo -10°C iki +50°C temperatūroje, o jų laikymo laikas yra apie 2 metus. Jos yra pigios gaminti, todėl jų kaina yra maža.
Šarminės baterijos
Šarminės baterijos, išrastos XX a. 50-aisiais Kanados chemiko Lewiso Urry'io dėka, turi katodą iš mangano dioksido (MnO2) miltelių ir anodą iš cinko oksido. Elektrolitas yra kalio hidroksido (KOH) vandens tirpalas. Nominali elementų įtampa yra 1,5V. Dėl didesnės talpos, ilgesnio tarnavimo laiko ir platesnio temperatūros diapazono (-30°C iki +70°C), šarminės baterijos šiuo metu plačiai naudojamos, ypač įrenginiuose, kuriems reikia vidutinės srovės (100-300mA). Teorinis šių baterijų energijos tankis yra 80-100Wh/kg, laikymo laikas yra apie 5-7 metus, o elektrolito išsiliejimas po visiško iškrovimo pasitaiko labai retai.
Sidabrinės baterijos
Sidabrinės baterijos (dar vadinamos sidabro oksido arba sidabro-cinko), išrastos XIX a. pabaigoje, pradėtos masiškai gaminti XX a. 60-aisiais. Jų katodas pagamintas iš sidabro oksido, o anodas iš cinko, su kalio hidroksido tirpalu kaip elektrolitu. Nominali įtampa yra 1,55V. Teorinis energijos tankis yra 130-150Wh/kg, kas suteikia sidabrinėms baterijoms labai aukštą talpos ir masės santykį. Jos idealiai tinka taikymams, kuriems reikia pastovios įtampos, todėl naudojamos įrenginiuose, jautriuose įtampos svyravimams (elektronika).
Ličio-mangano baterijos
Ličio-mangano baterijos turi anodą iš ličio, o katodą iš mangano dioksido miltelių. Jose naudojamas organinis elektrolitas. Elektros energija susidaro ličio oksidacijos reakcijos metu, tuo tarpu nesusidaro jokios dujos, kas pašalina slėgio padidėjimą elemente. Baterijos atsparios dideliems temperatūros svyravimams ir turi nominalią 3,0V įtampą. Jos pasižymi labai dideliu energijos tankiu, siekiančiu 270Wh/kg, kas leidžia sumažinti svorį ir/ar padidinti nešiojamųjų įrenginių maitinimo šaltinių talpą.
Cinko-oro baterijos
Cinko-oro baterijos buvo išrastos XIX a., tačiau plonos ir efektyvios versijos pradėtos gaminti tik XX a. 70-aisiais. Katodas yra deguonis, anodas - cinko milteliai, o elektrolitas - kalio hidroksidas (KOH). Baterijos veikia dėl katalizinės cinko oksidacijos reakcijos, tuo tarpu deguonis imamas iš oro. Nominali elementų įtampa yra 1,4V. Dėl tradicinio katodo pašalinimo, cinko miltelių anodas gali užimti daugiau vietos, todėl cinko-oro baterijos pasižymi labai dideliu energijos tankiu vienam masės vienetui, teoriškai siekiančiu 180-250Wh/kg.
Baterijų ir akumuliatorių naudojimas
Cinko-anglies ir šarminės baterijos naudojamos daugumoje tipinių namų ir kasdienio gyvenimo taikymų. Tuo tarpu sidabrinės ir ličio-mangano baterijos naudojamos smulkiai vartotojų elektronikai (skaičiuotuvai, termometrai, laikrodžiai), matavimo prietaisams ar perdavimo įrenginiams maitinti.
Šiuo metu, ypač Europos Sąjungoje, siekiama kuo labiau pakeisti baterijas akumuliatoriais. Tai lemia aplinkos apsaugos sumetimai. Apie akumuliatorius plačiau rašėme tekste, skirtame akumuliatorių rūšims, todėl dabar populiariausios šių produktų rūšys buvo tik išvardytos, o daug daugiau dėmesio skirta baterijų (pirminių elementų) rūšių aprašymui bei klausimams, susijusiems su galvaninių elementų naudojimu, laikymu ir įkrovimu.
Akumuliatorių priežiūra ir įkrovimas
Skirtumas tarp baterijų ir akumuliatorių jau buvo išsamiai aprašytas, tačiau verta trumpai aprašyti šį klausimą. Li-ion akumuliatorius pasižymi dideliu energijos tankiu, ilgu ciklo gyvenimu, mažu svoriu ir nėra atminties efekto. Kita vertus, jie yra jautrūs per dideliam įkrovimui ir perkaitimui bei reikalauja elektroninių apsaugų. Ličio-polimerų akumuliatoriai yra lengvi, juos galima formuoti bet kokia forma (lengvai priima įvairias formas), pasižymi dideliu energijos tankiu, tačiau taip pat turi trumpesnį ciklo gyvenimą ir yra brangesni nei Li-ion akumuliatoriai.
Kiekvienas akumuliatorius turi ribotą įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičių. Per kiekvieną ciklą cheminės reakcijos akumuliatoriaus viduje sukelia laipsnišką jo talpos mažėjimą. Šis reiškinys vadinamas cikliniu senėjimu. Jo negalima žymiai sumažinti, tačiau vengiant klaidų galima išvengti per didelio antrinių elementų tarnavimo laiko sutrumpėjimo.
Klaidos, trumpinančios akumuliatoriaus tarnavimo laiką:
- Per didelis įkrovimas - įvyksta, kai akumuliatorius įkraunamas pasiekus pilną talpą. Tai gali sukelti perkaitimą, elektrolito ir elektrodų medžiagų degradaciją, kas galiausiai sutrumpina akumuliatoriaus tarnavimo laiką.
- Gilus iškrovimas, ypač ličio-jonų akumuliatoriuose, gali sukelti nuolatinius elementų pažeidimus, sumažinant jų gebėjimą saugoti energiją.
- Aukšta darbo temperatūra pagreitina chemines reakcijas elementų viduje, kas lemia greitesnį medžiagų senėjimą.
- Greitas įkrovimas ir iškrovimas padidina mechaninį ir terminį elektrodų stresą, kas pagreitina jų degradaciją.
- Reguliaraus įkrovimo trūkumas - akumuliatoriai, kurie nėra reguliariai įkraunami, gali savaime išsikrauti, kas lemia jų degradaciją.
Per didelis akumuliatoriaus įkrovimas sutrumpina jo tarnavimo laiką. Kita vertus, reguliarus nepakankamas įkrovimas gali sukelti įvairias problemas, priklausomai nuo akumuliatoriaus tipo. Tai sukelia, pvz., talpos sumažėjimą, akumuliatoriaus tarnavimo laiko sutrumpėjimą, sulfatinimą (švino-rūgštinių akumuliatorių atveju) ir įrenginių veikimo problemas.
Kaip nustatyti akumuliatoriaus įkrovimo lygį?
Vienas iš būdų, tinkamas tiek švino-rūgštiniams, nikelio-kadmio, nikelio-metalo hidrido, ličio-jonų, tiek ličio-polimerų akumuliatoriams, yra įtampos matavimas. Žinoma, kasdien naudojant akumuliatorius, nenaudojame matuoklių. Daugumos įrenginių atveju naudojame specialią įkroviklį, kuris nurodo pilną akumuliatoriaus įkrovimą, tuo pačiu automatiškai nutraukdamas įkrovimą, neleidžiant per dideliam įkrovimui.
Nors kasdien naudojant pilnam įkrovimui tiesiog naudojame įkroviklius, tačiau verta žinoti, kad įtampos matavimas leidžia ne tik nustatyti akumuliatoriaus įkrovimo lygį, bet ir jo talpą. Norint atlikti akumuliatoriaus (baterijos) talpos matavimus, pakanka multimetro, kurį reikia nustatyti nuolatinės srovės įtampos (DC) matavimui. Kitas žingsnis yra prijungti zondus - juodą prie COM lizdo (masė, neigiamas), o raudoną prie V lizdo (įtampa, teigiamas). Tada juodo zondo galą reikia uždėti ant neigiamo akumuliatoriaus poliaus, o raudono - ant teigiamo. Multimetro ekrane turėtų pasirodyti įtampos vertė. Dabar reikia interpretuoti rezultatą. Atliekant tyrimą reikia žinoti, kad įtampos matavimas be apkrovos (t. y. neprijungus baterijos prie įrenginio) ne visada gali suteikti pilną baterijos būklės vaizdą. Kai kurios baterijos šioje situacijoje rodo teisingą įtampą, kuri vis dėlto apkrovos metu labai greitai krenta. Profesionaliuose matavimuose naudojami specialūs testeriai, kurie apkrauna bateriją matavimo metu.
Kada reikia keisti akumuliatorių?
Net jei tinkamai rūpinamės akumuliatoriumi, įkraudami jį pagal priimtas taisykles ir laikydami optimaliomis temperatūromis sausoje vietoje, kiekvienas elementas laikui bėgant degraduoja. Kas gali rodyti, kad reikia pakeisti akumuliatorių? Vienas iš nerimą keliančių simptomų yra vadinamasis baterijos išsipūtimas, rodantis dujų kaupimąsi elemento viduje. Pakeisti gali reikėti ir akumuliatorių, kuris išoriškai atrodo gerai, tačiau įtampos matavimas aiškiai rodo, kad elementų talpa sumažėjo tiek, kad jie netinkami tolesniam darbui. Tada reikia utilizuoti elementus.
Dėl savo pobūdžio baterijos ir akumuliatoriai turi būti laikomi tam tikromis sąlygomis, o jų būklė reguliariai stebima - pažeidimai ar atsitiktinis elementų susilietimas gali sukelti daug pavojingų situacijų, įskaitant užsidegimą ir sprogimą.
Tinkamas įkroviklio pasirinkimas ir naudojimas
Renkantis įkroviklį, svarbu atsižvelgti į akumuliatoriaus tipą ir jo reikalavimus. Gamintojo nurodymai turėtų būti laikomasi. Akumuliatorius turi būti kraunamas saugioje ir gerai vėdinamoje vietoje. Stebėkite įkrovimo eigą: kol akumuliatorius kraunasi, reguliariai tikrinkite jo būseną ir, jei yra, stebėkite įkrovimo indikatorius.
Tinkamas akumuliatoriaus įkrovimas yra esminė akumuliatoriaus priežiūros dalis ir padeda užtikrinti ilgą ir efektyvų akumuliatoriaus veikimo laiką. Vykdydami įkrovimo procesą vadovaukitės akumuliatoriaus gamintojo rekomendacijomis ir atsižvelkite į akumuliatoriaus tipą.
Kaip teisingai įkrauti traukos baterijas?
Geriausia įkrauti akumuliatorių iš karto po jo iškrovimo. Taigi niekada nepalikite savo traukos baterijų neįkrautų. Baterijos niekada negali būti iškraunamos daugiau kaip 80% jų nominalios talpos. Didesnis iškrovimas sukelia aktyvios masės nusidėvėjimą ir mažesnį efektyvumą.
Akumuliatoriaus įkrovimo laikas priklauso nuo įkrovimo faktoriaus ir įkroviklio tipo. Akumuliatoriaus įkrovimas atliekamas suteikiant daugiau energijos nei buvo suvartota. Akumuliatoriaus įkrovimo faktorius yra santykis tarp įkrautų amper valandų ir sunaudotų amper valandų. Daugumos baterijų įkrovos koeficientas yra 1,2.
Aukšto dažnio įkroviklis yra brangesnis, tačiau įkrauna baterijas greičiau ir pigiau nei įprastas įkroviklis. Pažangios įkrovimo technologijos dėka baterijos tarnauja ilgiau. Aukšto dažnio įkroviklis efektyviai įkrauna ir užkerta kelią išankstiniam baterijos ir įkroviklio nusidėvėjimui.
Rizikos įkrovimo metu
- Šiluma: įkraunant akumuliatorių, susidaro šiluma. Jei susidaro per daug šilumos, gali atsirasti ugnies pavojus.
- Vandenilio oksidas: įkraunant skysto tipo baterijas atsiranda vandenilis, susidarantis elektrolito elektrolizės būdu. Kartu su ore esančiu deguonimi išsiskyręs vandenilis (H2) gali sudaryti sprogius mišinius. Vandenilis yra lengvesnis už orą ir pakyla iki aukščiausio taško. Todėl įkrovimo metu visada turi būti užtikrinta pakankama ventiliacija.
- Kibirkštys: kai atjungiate akumuliatorių nuo įkroviklio, esant maitinimui, gali atsirasti kibirkščių. Šios kibirkštys gali paskatinti susidariusį vandenilį sprogti.
Prevencijos priemonės įkrovimo metu
- Pasirūpinkite atskira įkrovimo zona.
- Pašalinkite degią medžiagą šalia akumuliatoriaus ir įkroviklio.
- Įkrovimo zoną kuo labiau vėdinkite. Tokiu būdu jūs neleidžiate kauptis vandeniliui.
- Draudžiama rūkyti, virinti ar šlifuoti įkrovimo zonoje.
- Pasirūpinkite sprogimui atspariais elektros įrenginiais (apšvietimas, lizdai …).
- Venkite trumpų jungimų: niekada nedėkite metalinių daiktų ant akumuliatorių.
- Jei įmanoma, padėkite įkroviklį ant atramos.
Akumuliatoriaus Krovimas - Kaip Įkrauti Akumuliatorių Namuose? | Akumai.lt
Automobilių akumuliatorių priežiūra
Šiuolaikiniuose automobiliuose yra apstu elektronikos sistemų. Jeigu pamenate, prieš 20-30 metų akumuliatorius automobilyje nebuvo toks svarbus. Dabar automobilių gamintojai dažnai pabrėžia, kokios talpos ir galios akumuliatorius reikalingas, kaip dažnai jį reikia įkrauti ir t.t. Kai kurie automobiliai turi netgi du akumuliatorius. Pavyzdžiui, kai kurie galingi dyzeliniai pikapai vieną akumuliatorių naudoja užvedimui, o kitą kitoms sistemoms.
Nors akumuliatorių gamybos technologijos yra gerokai pažangesnės nei prieš kelioliką metų, jų veikimo principas vis dar yra labai panašus. Tačiau, šių technologijų tobulėjimas bei elektronikos sistemų augimas automobiliuose nėra proporcingas. Akumuliatoriams tenka didžiulis krūvis, nes įvairios sistemos reikalauja didelės srovės net ir budėjimo režimu. Dėl šios priežasties generatoriai yra galingesni. Taigi, siekiant išlaikyti optimalią akumuliatoriaus būklę, bent kartą per mėnesį reikėtų patikrinti įkrovos lygį ir, jeigu yra poreikis, jį įkrauti.
Automobilio akumuliatoriaus įkrovimo procesas
Pirmiausiai, išjunkite visas galimai veikiančias elektros sistemas kaip magnetola, salono apšvietimas ir t.t. Tik tada galite atjungti akumuliatorių nuo automobilio. Atjunkite neigiamą laidą, kuris įprastai yra juodas ir pažymėtas minusu. Patraukite jį toliau, kad nesiliestų su akumuliatoriaus jungtimi arba metalinėmis dalimis. Tada galite atjungti ir teigiamą kabelį, kuris įprastai yra raudonos spalvos ir pažymėtas pliusu. Tik dabar esate pasiruošę prijungti akumuliatoriaus įkroviklį. Jeigu įkroviklyje yra integruotas laikmatis, galite nustatyti, kada įkroviklis išsijungs.
Krovimo laikas gali svyruoti nuo 10 iki 24 valandų, priklausomai nuo krovimo srovės. Krovimo laikas priklauso nuo jūsų poreikių. Visada reikėtų atsiminti, kad sveikiausias krovimo būdas yra tai atlikti kuo lėčiau. Įprastai automobilio akumuliatoriaus įkroviklis tiekia 4-8 amperų srovę. Tokia srovė atitinkamai gali įkrauti akumuliatorių per 10-24 valandas.
Nors įkrauti automobilio akumuliatorių rekomenduojama jį atjungus, modernūs įkrovikliai yra išmanūs ir turi integruotas saugumo sistemas, kurios padeda išvengti įvairių nesklandumų. Negana to, akumuliatoriai yra sukurti taip, kad juos būtų galima krauti net ir apkrovos metu - kaip kad generatorius tiekia krovimą važiavimo metu. Taigi, akumuliatorių galima įkrauti jo neišėmus ir net neatjungus nuo automobilio. Tačiau, labai svarbu nesumaišyti teigiamos ir neigiamos jungties, nes taip galite sugadinti sistemas, kurios prijungtos prie akumuliatoriaus.
Nauji akumuliatoriai būna pilnai įkrauti ir jų prieš pirmą naudojimą krauti nereikia. Tiek rūgštiniai, geliniai, AGM tipo ir kiti automobilių akumuliatoriai gali būti įkraunami tokiu pačiu būdu, kurį apibūdinome anksčiau. Vis dėlto, įkrovimo laikas skiriasi pagal akumuliatoriaus talpą bei galią.
Akumuliatoriaus iškrovimo priežastys ir tikrinimas
Akumuliatoriai „elgiasi“ visai kitaip, kai lauke yra šalta. Ar žinojote, kad visiškai išsikrovęs akumuliatorius žiemą gali netgi užšalti? Kuo akumuliatorius yra žemesnėje temperatūroje, tuo jame esančio elektrolito skysčio konsistencija darosi panašesnė į želė. Tokiu atveju molekulinė reakcija yra lėtesnė, kaip ir įkrovimas.
Jeigu automobilio po nakties nepavyksta užvesti dėl išsikrovusio akumuliatoriaus, tai kaltas gali būti pats akumuliatorius arba automobilio elektronika. Norint nustatyti, kas automobilyje gali iškrovinėti akumuliatorių, reikėtų pasinaudoti multimetru. Patikros procesas nėra labai sudėtingas, tačiau reikalingos tam tikros žinios. Pirmiausiai įsitikinkite, kad akumuliatorius yra pakrautas ir tinkamai veikiantis. Taip pat jums reikės multimetro. Išjunkite visus prietaisus automobilyje - išjunkite šviesas, uždarykite langus, daiktadėžes, atjunkite bet kokius laidus iš +12V lizdų, uždarykite duris ir t.t. Pilnai įkraukite akumuliatorių - jeigu automobilyje esantis akumuliatorius išsikrauna, tai problemos ieškoti reikėtų tik įsitikinus, kad akumuliatoriaus įkrova tinkama.
Atjunkite neigiamą laidą nuo akumuliatoriaus - neigiama pusė yra pažymėta (-) ženklu ir dažniausiai šis laidas yra juodas. Atjungimui reikės veržliarakčio, dažniausiai 10 mm. Paruoškite multimetrą - pirmiausiai tinkamai įkiškite multimetro laidus. Prijunkite multimetro laidus prie akumuliatoriaus ir neigiamo laido - teigiamą multimetro laidą prijunkite prie neigiamo kabelio automobilyje, o neigiamą multimetro laidą prijunkite prie minusinės akumuliatoriaus jungties. Srovė neturėtų viršyti 50 miliamperų - automobiliai visada yra budėjimo režime, nes juose veikia laikrodis ir kiti smulkūs prietaisai, todėl nedidelė elektros srovė yra priimtina. Jeigu srovė yra didesnė nei turėtų būti, laikas ieškoti problemos. Kone geriausias ir paprasčiausias būdas tai padaryti yra ištraukiant saugiklius po vieną.
Akumuliatoriaus keitimas
Ateina laikas, kai krovimas akumuliatoriui jau nebesuteikia pakankamai gyvybės. Tada yra aišku, kad jūsų automobiliui jau reikalingas naujas akumuliatorius. Tačiau, išsiaiškinti, kad akumuliatoriaus būklė nebėra tinkama naudojimui galima įvairiais būdais. Ar pastebėjote, kad pastaruoju metu rytais vedant automobilį variklis sukasi lėčiau? Dažnai vairuotojai to nepastebi - tik pilnai įkrovus akumuliatorių pasimato, kokią energiją jis iš tiesų gali tiekti.
Variklių, ypač dyzelinių, užvedimui reikia itin didelės startinės srovės. Laikui bėgant akumuliatoriai praranda svarbiausias savybes ir nebegali variklio sukti pakankamai greitai. Apart autoelektrikų, niekas nemėgsta prietaisų skydelyje užsidegusios oranžinės variklio formos lemputės. Ji praneša apie variklio gedimus, kurie gali būti įvairūs - pradedant nutrūkusiu laideliu, baigiant sugedusiu kuro siurbliu. Viena iš užsidegusios lemputės priežasčių gali būti ir netinkamai veikiantis akumuliatorius.
Jeigu pastebėjote, kad akumuliatorius yra išsipūtęs, reiškia jis jau yra sugadintas ir itin pavojingas naudoti. Kadangi automobiliai nuolat kenčia vibracijas ir smūgius važiuojant per duobes, juose esantys akumuliatoriai gali būti pažeisti. Akumuliatorius leidžia nemalonaus, rūgštaus kvapo skystį.
Naujas akumuliatorius gali nesunkiai tarnauti bent 3-5 metus. Tikslus tarnavimo laikas priklauso nuo kokybės bei vairuotojo. Pavyzdžiui, kasdienės 15-20 minučių kelionės į darbą labai kenkia akumuliatoriaus būklei, todėl miesto gyventojai juos keičia dažniau. Kai vairuotojai netikėtai nebeužveda automobilio kelionėje arba kitose itin nepalankiose vietose, dažnai pirma mintis yra: „reikėjo pasikeisti akumuliatorių anksčiau“. Norėdami išvengti nemalonių staigmenų, tikrinkite akumuliatoriaus įkrovą reguliariai, nuvalykite jungtis ir neatidėliokite akumuliatoriaus keitimo, kai pastebite amžiaus simptomus.
tags: #havit #nesiojami #akumuliatoriai