전기 배터리의 적용 범위는 매우 넓습니다. 전기 공급원으로 그들은 다음과 같이 사용됩니다. 어린이 장난감배터리는 전동 공구와 전기 자동차의 견인력으로 모두 사용됩니다. 배터리를 유능하게 사용하려면 배터리의 특성, 강점 및 약점을 알아야 합니다.
전기 배터리 란 무엇이며 어떻게 구성됩니까?
전기 배터리 - 재생 가능하다 전기 에너지의 근원. 갈바니 전지와 달리 방전 후 재충전할 수 있습니다. 원칙적으로 모든 축전지는 동일한 방식으로 구성되며 전해질에 배치된 음극과 양극으로 구성됩니다.
전극의 재료와 전해질의 조성은 다양하며 이것이 배터리의 소비자 특성과 적용 범위를 결정하는 것입니다. 전해질이 함침된 분리막인 다공성 유전체 분리막은 음극과 양극 사이에 위치할 수 있습니다. 그러나 그것은 주로 어셈블리의 기계적 특성을 결정하며 원칙적으로 셀의 작동에 영향을 미치지 않습니다.
일반적으로 배터리 작동은 두 가지 에너지 변환을 기반으로 합니다.
- 전기에서 화학 물질로 충전;
- 방전 시 화학 물질에서 전기로.
두 가지 전환 유형 모두 가역적인 화학 반응의 흐름을 기반으로 하며, 그 과정은 배터리에 사용되는 물질에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 납산 전지에서 양극의 활성 부분은 이산화납으로 만들어지고 음극은 금속 납으로 만들어집니다. 전극은 황산 전해질에 있습니다. 양극에서 방전하는 동안 이산화납은 황산납과 물의 형성으로 환원되고 음극의 납은 황산납으로 산화됩니다. 충전하는 동안 역반응이 발생합니다. 다른 배터리 설계에서는 구성 요소가 다르게 반응하지만 원리는 유사합니다.
배터리의 종류와 종류
배터리의 소비자 속성은 주로 생산 기술에 의해 결정됩니다. 가정 및 산업 분야에서 여러 유형의 배터리 셀이 가장 일반적입니다.
납산 .
이 유형의 배터리는 XIX 세기 중반에 발명되었으며 여전히 적용 분야가 있습니다. 장점은 다음과 같습니다.
- 간단하고 저렴하며 수십 년간의 생산 기술로 입증되었습니다.
- 고전류 출력;
- 긴 서비스 수명(300~1000 충전-방전 주기);
- 가장 낮은 자체 방전 전류;
- 메모리 효과가 없습니다.
단점도 있습니다. 우선 비전력 용량이 낮아 크기와 무게가 증가한다. 또한 음의 온도, 특히 영하 20°C 미만에서 열악한 성능을 보였습니다. 폐기에도 문제가 있습니다. 납 화합물은 매우 유독합니다. 하지만 이 문제는 다른 유형의 배터리도 해결해야 합니다..
산성 납 배터리 장치가 최적 상태에 있음에도 불구하고 여기에도 개선 옵션이 있습니다. 예를 들어, 전해질이 함침된 다공성 물질을 전극 사이에 배치하는 AGM 기술이 있습니다.전기화학적 충전 및 방전 프로세스는 영향을 받지 않습니다. 주로 배터리의 기계적 특성(진동에 대한 저항, 거의 모든 위치에서 작동하는 능력 등)을 향상시키고 작동 안전성을 다소 높입니다.
또한 눈에 띄는 이점은 영하 30°C까지의 온도에서 용량 및 전류 출력 손실 없이 개선된 작동입니다. AGM 배터리 제조업체는 증가된 시동 전류 및 서비스 수명을 주장합니다.
산-납 배터리의 또 다른 변형은 젤 배터리입니다. 전해질은 젤리 상태로 농축됩니다. 이것은 작동 중 전해질 누출을 방지하고 가스 형성 가능성을 제거합니다. 그러나 전류 출력이 다소 감소하여 젤 배터리를 스타터 배터리로 사용하는 데 제한이 있습니다. 증가된 용량 및 서비스 수명 측면에서 이러한 배터리의 기적적인 속성은 마케터의 양심에 달려 있습니다.
축전지 배터리는 일반적으로 전압 안정화 모드에서 충전됩니다. 이것은 배터리 전압을 증가시키고 충전 전류를 감소시킵니다. 충전 프로세스의 종료 기준은 전류가 설정된 한계까지 떨어지는 것입니다.
니켈-카드뮴
그들의 나이가 끝나가고 있으며, 그 적용 범위는 점차 줄어들고 있습니다. 그들의 주요 단점은 뚜렷한 기억 효과입니다. 불완전하게 방전된 Ni-Cd 배터리를 충전하기 시작하면 셀은 이 수준을 "기억"하고 용량은 이 값에 의해 추가로 결정됩니다. 또 다른 문제는 낮은 환경 친화성입니다. 독성 카드뮴 화합물은 이러한 배터리를 폐기할 때 문제를 일으킵니다. 다른 단점은 다음과 같습니다.
- 높은 자기 방전 경향;
- 상대적으로 낮은 전력 용량.
그러나 다음과 같은 장점도 있습니다.
- 저렴한 비용;
- 긴 서비스 수명(최대 1000번의 충전-방전 주기);
- 높은 전류를 제공하는 능력.
또한 이러한 배터리의 장점에는 낮은 음의 온도에서 작동할 수 있는 기능이 포함됩니다.
Ni-Cd 셀은 정전류 모드로 충전됩니다. 충전 전류를 원활하게 또는 단계적으로 줄여서 충전하면 용량을 최대한 활용할 수 있습니다. 프로세스의 끝은 셀 전압의 감소로 모니터링됩니다.
니켈 금속 수소화물
니켈 카드뮴 배터리를 대체하도록 설계되었습니다. 그들은 Ni-Cd 배터리의 많은 특성과 성능을 가지고 있습니다. 우리는 메모리 효과를 부분적으로 제거하고 전력 용량을 약 1.5 배 늘리고 자체 방전 경향을 줄였습니다. 동시에 전류 출력은 높게 유지되었고 비용은 거의 동일한 수준으로 유지되었습니다. 환경 문제가 완화되었습니다. 배터리는 독성 화합물을 사용하지 않고 생산됩니다. 그러나 이것은 몇 배 더 짧은 수명(최대 5배)과 음의 온도에서 작동할 수 있는 능력(니켈 카드뮴 배터리의 경우 -40°C에 대해 -20°C까지만)을 지불해야 했습니다.
이러한 셀은 정전류 모드로 충전됩니다. 프로세스의 끝은 각 셀의 전압을 1.37볼트로 증가시켜 모니터링합니다. 가장 유리한 것은 음의 방출이 있는 펄스 전류 모드입니다. 이것은 메모리 효과의 효과를 제거합니다.
리튬 이온
리튬 이온 배터리가 전 세계를 장악하고 있습니다. 그들은 그 위치가 흔들리지 않을 것처럼 보였던 지역에서 다른 유형의 배터리를 대체하고 있습니다. 리튬 이온 전지는 메모리 효과가 거의 없으며(이론적 수준에서는 존재하지만) 최대 600번의 충방전 사이클을 견딜 수 있으며 에너지 용량은 용량 대 니켈 중량의 비율보다 2-3배 높습니다. 금속 수소화물 배터리.
보관 중 자체 방전되는 경향도 최소화되지만 문자 그대로이 모든 비용을 지불해야 합니다. 이러한 배터리는 기존 배터리보다 훨씬 비쌉니다.일반적으로 그렇듯이 생산이 진행됨에 따라 가격이 하락할 것으로 예상할 수 있지만 이러한 배터리의 다른 고유한 단점(전류 출력 감소, 음의 온도에서 작동할 수 없음)은 기존 기술로 극복할 수 없을 것입니다.
증가된 화재 위험과 함께 이것은 사용을 다소 제한합니다. 리튬 이온 배터리. 또한 그러한 세포는 분해될 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 충전 및 방전을 하지 않더라도 1.5 ... 2년 보관하면 수명 자체가 0이 됩니다.
가장 유리한 충전 모드는 2단계입니다. 먼저 안정적인 전류(전압이 부드럽게 증가함)로, 다음으로 안정적인 전압(전류가 부드럽게 감소함)으로. 실제로 두 번째 단계는 충전 전류를 단계적으로 감소시키는 형태로 구현됩니다. 훨씬 더 자주이 단계는 안정화 된 전류를 줄이는 단일 단계로 구성됩니다.
배터리의 기본 특성
배터리를 선택할 때 주의를 기울이는 첫 번째 매개변수는 공칭 전압. 하나의 배터리 셀의 전압은 셀 내에서 일어나는 물리적, 화학적 과정에 의해 결정되며, 배터리의 종류에 따라 다릅니다. 완전히 충전된 하나의 캔은 다음을 제공합니다.
- 납산 전지 - 2.1볼트;
- 니켈 카드뮴 - 1.25볼트;
- 니켈-금속 수소화물, 1.37볼트;
- 리튬 이온 배터리: 3.7볼트.
더 높은 전압을 얻기 위해 셀은 배터리로 조립됩니다. 따라서 자동차 배터리의 경우 12볼트(보다 정확하게는 12.6볼트)를 얻으려면 6개의 납산 배터리를 직렬로 연결해야 하고 18볼트 드라이버의 경우 3.7볼트의 리튬 이온 배터리 5개를 연결해야 합니다.
두 번째로 중요한 매개변수는 용량. 이것은 부하에서 배터리의 작동 시간을 결정합니다. 암페어 시(현재 시간의 곱)로 측정됩니다.예를 들어 용량이 3A·h인 배터리는 1A 전류로 방전하면 3시간, 3A 전류로 방전하면 1시간 만에 방전됩니다.
중요한! 엄밀히 말하자면, 배터리의 용량 현재에 달려있다 따라서 동일한 배터리에 대해 다른 부하 값에서 전류와 방전 시간의 곱은 동일하지 않습니다.
그리고 세 번째 중요한 매개변수 전류 전달 용량. 이것은 배터리가 전달할 수 있는 최대 전류입니다. 이것은 예를 들어 다음과 같은 경우에 중요합니다. 자동차 배터리 - 추운 날씨에 엔진 샤프트를 크랭크하는 능력을 결정합니다. 또한 예를 들어 전동 공구의 경우 고전류를 전달하여 높은 토크를 생성하는 능력이 중요합니다. 그러나 모바일 가제트의 경우이 특성은 그렇게 중요하지 않습니다.
배터리의 전기적 특성과 소비자 품질은 설계 및 생산 기술에 따라 달라집니다. 배터리의 올바른 사용은 재생 가능한 화학 전원의 장점을 사용하고 단점을 평준화하는 것을 의미합니다.
관련 기사:
