電池の適用範囲は非常に広い。電力源として、それらは次のように使用されます 子供のおもちゃバッテリーは、電動工具と電気自動車の動力源の両方で使用されます。バッテリーを適切に使用するには、その特性、長所と短所を知る必要があります。
電池とは何ですか?どのように構成されていますか?
電池 - 再生可能です 電気エネルギー源.ガルバニ電池とは対照的に、放電後に再充電することができます。原則として、すべての蓄電池は同じように構成されており、電解質内に配置されたカソードとアノードで構成されています。
電極の材料と電解質の組成はさまざまであり、これが電池の消費者特性とその適用範囲を決定します。電解質を含浸させたセパレータである多孔性誘電体セパレータを、カソードとアノードの間に配置することができる。しかし、それは主にアセンブリの機械的特性を決定し、原則としてセルの動作には影響しません。
一般に、バッテリの動作は次の 2 つのエネルギー変換に基づいています。
- 電気から化学への充電;
- 放電時に化学から電気へ。
どちらのタイプの変換も可逆的な化学反応の流れに基づいており、その過程はバッテリーで使用される物質によって決定されます。例えば、鉛蓄電池では、陽極の活性部分は二酸化鉛でできており、陰極は金属鉛でできている。電極は硫酸の電解質の中にあります。アノードでの放電中、二酸化鉛は硫酸鉛と水を形成して還元され、カソードでの鉛は硫酸鉛に酸化されます。充電中は逆反応が起こります。他のバッテリー設計では、コンポーネントの反応は異なりますが、原理は似ています。
電池の種類と種類
バッテリーの消費特性は、主にその製造技術によって決まります。家庭や産業では、いくつかのタイプのバッテリーセルが最も一般的です。
鉛酸。
このタイプの電池は 19 世紀半ばに発明され、今でもそのニッチな用途があります。その利点は次のとおりです。
- シンプルで安価で、数十年の生産技術によって証明されています。
- 高電流出力;
- 長寿命 (300 ～ 1000 回の充放電サイクル)。
- 最低の自己放電電流;
- メモリー効果なし。
欠点もあります。まず、比電力容量が低く、サイズと重量の増加につながります。また、マイナス温度、特にマイナス 20 °C 未満でのパフォーマンスの低下も指摘されています。廃棄にも問題があります。鉛化合物は非常に有毒です。しかし、この問題 他のタイプのバッテリーについても同様に解決する必要があります。.
酸鉛バッテリーのデバイスが最適化されているという事実にもかかわらず、ここでも改善の余地があります。例えば、電解質を含浸させた多孔質材料を電極間に配置するAGM技術があります。電気化学的な充電および放電プロセスは影響を受けません。主にバッテリーの機械的特性（振動に対する耐性、ほぼすべての位置での作業能力など）を改善し、操作の安全性をいくらか高めます。
また、顕著な利点は、マイナス30°Cまでの温度で容量と電流出力を失うことなく動作が改善されることです。AGMバッテリーのメーカーは、始動電流と耐用年数の増加を主張しています。
酸鉛バッテリーの別の変更はゲルバッテリーです。電解液はゼリー状にとろみがついています。これにより、操作中の電解液の漏れが防止され、ガス発生の可能性が排除されます。ただし、電流出力が多少低下するため、スターター バッテリーとしてのゲル バッテリーの使用は制限されます。容量の増加と耐用年数の点で、そのようなバッテリーの宣言された奇跡的な特性は、マーケティング担当者の良心にかかっています。
鉛蓄電池は通常、電圧安定化モードで充電されます。これにより、バッテリー電圧が上昇し、充電電流が減少します。充電プロセスの終了基準は、設定された制限までの電流低下です。
ニッケルカドミウム
そろそろ終焉を迎え、その適用範囲は徐々に狭くなっています。それらの主な欠点は、顕著なメモリー効果です。不完全に放電された Ni-Cd バッテリーの充電を開始すると、セルはこのレベルを「記憶」し、容量はこの値によってさらに決定されます。もう 1 つの問題は、環境への配慮が低いことです。有毒なカドミウム化合物は、そのようなバッテリーの廃棄に問題を引き起こします。その他の欠点は次のとおりです。
- 自己放電する傾向が高い;
- 比較的低い電力容量。
しかし、次の利点もあります。
- 低価格;
- 長寿命 (最大 1000 回の充放電サイクル)。
- 大電流を流す能力。
また、これらのバッテリーのメリットには、低い負温度で動作する機能が含まれます。
Ni-Cd セルは、定電流モードで充電されます。充電電流をスムーズに、または段階的に減らして再充電することにより、容量を最大限に活用できます。プロセスの終了は、セル電圧の低下によって監視されます。
ニッケル水素
ニッケルカドミウム電池を置き換えるように設計されています。 Ni-Cd バッテリーの多くの特性と性能を備えています。メモリ効果を部分的に取り除き、電力容量を約1.5倍に増やし、自己放電の傾向を減らすことができました.同時に、現在の出力は高いままであり、コストはほぼ同じレベルのままでした。環境問題は緩和されました - バッテリーは有毒化合物を使用せずに製造されています。しかし、これには、1 倍短い寿命 (最大 5 倍) と負の温度 (ニッケル カドミウム電池の -40 °C に対して -20 °C までしか下がらない) で動作する機能が必要でした。
このようなセルは、定電流モードで充電されます。プロセスの終了は、各セルの電圧を 1.37 ボルトに上げることによって監視されます。最も好ましいのは、負の放射を伴うパルス電流モードです。これにより、メモリー効果の影響がなくなります。
リチウムイオン
リチウムイオン電池が世界を席巻しています。彼らは、位置が揺るぎないように見えた地域から、他のタイプのバッテリーを置き換えています。リチウムイオンセルにはメモリ効果がほとんどなく (存在しますが、理論レベルでは)、最大 600 回の充放電サイクルに耐えることができ、エネルギー容量はニッケルの容量と重量の比の 2 ～ 3 倍です。金属水素電池。
保管中に自己放電する傾向も最小限ですが、文字通りの意味でこれすべてを支払う必要があります-そのようなバッテリーは従来のバッテリーよりもはるかに高価です.通常のように、生産の発展に伴い価格が下がると予想できますが、そのようなバッテリーに固有の他の欠点-電流出力の低下、負の温度で動作できない-は、既存の技術によって克服される可能性は低いです.
火災の危険性が高まることに加えて、これにより、 リチウムイオン電池.また、そのような細胞は劣化しやすいことも考慮に入れる必要があります。充放電をしなくても、1.5～2年の保管で寿命そのものがゼロになります。
最も有利な充電モードは 2 段階です。最初に安定した電流 (滑らかに増加する電圧) を使用し、次に安定した電圧 (滑らかに減少する電流) を使用します。実際には、第 2 段階は段階的に減少する充電電流の形で実現されます。多くの場合、この段階は単一のステップで構成されています - 安定した電流を減少させるだけです。
電池の基本特性
バッテリーを選択する際に注意を払う最初のパラメーターは、 公称電圧. 1 つのバッテリー セルの電圧は、セル内で発生する物理的および化学的プロセスによって決まり、バッテリーの種類によって異なります。完全に充電された 1 つの缶は以下を実現します。
- 鉛蓄電池 - 2.1ボルト;
- ニッケルカドミウム - 1.25ボルト;
- ニッケル水素、1.37ボルト。
- リチウムイオン電池：3.7ボルト。
より高い電圧を得るために、セルはバッテリーに組み立てられます。したがって、車のバッテリーの場合、12 ボルト (より正確には 12.6 ボルト) を得るには 6 つの鉛蓄電池を直列に接続する必要があり、18 ボルトのドライバーの場合は 3.7 ボルトのリチウムイオン電池を 5 つ接続する必要があります。
2 番目に重要なパラメーターは、 容量.これにより、負荷がかかった状態でのバッテリの動作時間が決まります。アンペアアワー（現在の時間の積）で測定されます。たとえば、容量が 3 A·h のバッテリーは、1 アンペアの電流で放電すると 3 時間で放電され、3 アンペアの電流で放電すると 1 時間で放電されます。
重要！ 厳密に言えば、 バッテリーの容量 電流に依存します したがって、同じバッテリーの異なる負荷値での電流と放電時間の積は同じではありません。
そして3番目の重要なパラメータ 通電容量.これは、バッテリーが供給できる最大電流です。これは、たとえば次の場合に重要です。 車の電池 - 寒い季節にエンジン シャフトをクランキングする能力を決定します。また、電動工具などでは、大電流を供給して高トルクを生み出す能力も重要です。しかし、モバイル ガジェットの場合、この特性はそれほど重要ではありません。
電池の電気特性と消費者品質は、電池の設計と製造技術に依存します。バッテリーの適切な使用は、再生可能な化学電源の利点を利用し、欠点を平準化することを意味します。
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