Батареи, аккумуляторы, зарядные устройства - словарь терминологии

аккумулятор

Электрохимическое устройство, способное преобразовывать электрическую энергию в химическую энергию (зарядка), а также - путем обратного процесса - освобождать электрическую энергию, накопленную в виде химической энергии (разрядка). Состоит из одного или нескольких (батарея) электрохимических элементов.

Ампер [A]

Единица измерения силы электрического тока.

ампер-час [Ah]

Произведение силы тока (измеряемого в амперах) на продолжительность времени (в часах), в течение которого батарея способна выдавать ток этой силы. В ампер-часах обычно указывается емкость батарей/аккумуляторов - согласно определению, батарея емкостью 1Ah способна выдавать ток силой 1A в течение часа, ток силой 0,5A в течение двух часов и т.д.

анод

Положительный электрод, на котором в жидком растворе происходит процесс окисления - высвобождаются анионы (отрицательные ионы). В случае аккумуляторов, в зависимости от направления тока (процесс зарядки или разрядки), каждый из двух электродов может выполнять функцию анода. Отрицательный электрод является анодом во время разрядки.

батарея

В разговорной речи обозначает одно или несколько гальванических (электрохимических) элементов, соединенных электрически (последовательно, параллельно), позволяющих подключение к ним других электрических устройств.

щелочная батарея

Батарея, в которой в качестве электролита используется щелочной раствор. Наиболее популярным электролитом такого типа является гидроксид калия. Батареи этого типа не содержат ртути или кадмия.

первичная батарея

Батарея, которую можно использовать только один раз. Невозможно подвергнуть ее процессу зарядки для обратного преобразования химических реакций, благодаря которым был получен ток. Примерами первичных батарей являются цинково-угольные и щелочные батареи. Противоположностью первичной батареи являются аккумуляторы (вторичные батареи), в которых химические процессы, происходящие во время разрядки (использования) батареи, обратимы.

вторичная батарея

см. аккумулятор

CC/CV

CC - постоянный ток (постоянная сила тока), CV - постоянное напряжение - термины, определяющие основные фазы зарядки аккумуляторов на основе лития. Для типичного аккумулятора Li-ion 3.7V зарядка начинается с фазы зарядки постоянным током CC. Аккумулятор заряжается постоянным током до достижения конечного напряжения - обычно 4.20V. После достижения конечного напряжения сила тока начинает снижаться, и процесс зарядки переходит в фазу CV - зарядки постоянным напряжением. Зарядка заканчивается после снижения силы тока до определенного (обычно 50-150 мА) значения. Ток, при котором происходит окончание зарядки, называется током (током) завершения.

внешние факторы

Факторы, которые могут влиять на эффективность и время работы батареи - такие как температура, влажность, вибрации, удары и т.д.

цикл

В аккумуляторах, единичная последовательность процессов зарядки и разрядки (использования) аккумулятора.

время хранения

Время, в течение которого неиспользуемый аккумулятор может храниться без необратимой потери своих свойств. Длительность этого времени зависит от того, как быстро происходят в аккумуляторе процессы саморазряда.

эффект памяти

Вызывающее много споров явление, якобы возникающее в некоторых типах аккумуляторов (например, никель-кадмиевых). Оно должно заключаться в уменьшении емкости аккумулятора в случае, если его рабочий цикл был завершен при неполной разрядке.

положительный электрод

Электрод, который во время процесса разрядки (использования) батареи принимает электроны.

отрицательный электрод

Электрод, который во время процесса разрядки (использования) батареи поставляет электроны.

энергия

Помимо емкости, это значение, определяющее эффективность батареи/аккумулятора. Для ее измерения необходимо извлечь всю накопленную энергию из полного аккумулятора/батареи (необходимо провести процесс разрядки). Энергия, накопленная в батарее, обычно измеряется в ватт-часах [Wh]. Батарея с энергией 1Wh способна выдавать мощность 1W в течение часа, мощность 0,5W в течение двух часов и т.д. Значение накопленной энергии [Wh] по отношению к емкости [Ah] является более комплементарным и полезным для оценки эффективности данной батареи, так как в нем учитывается значение напряжения на протяжении всего процесса разрядки.

электролит

Вещество, позволяющее перемещение ионов в пределах электрохимического элемента. Плотность энергии - характеристика, характерная для данной электрохимической системы, измеряемая в [Wh/m3]. Определяет количество энергии, которую способна накопить батарея в единице объема.

катод

Отрицательный электрод, на котором происходят процессы восстановления, т.е. катионы (положительно заряженные ионы) принимают электроны (отрицательные заряды). В аккумуляторах каждый из электродов может функционировать как катод, в зависимости от направления тока. Положительный электрод является катодом во время нормальной работы аккумулятора (разрядки).

зарядка

Процесс, во время которого подаваемая извне электрическая энергия преобразуется в химическую энергию, хранящуюся в аккумуляторе.

поддерживающая зарядка

Процесс, которому большинство зарядных устройств подвергает аккумуляторы после завершения их зарядки до полной емкости, противодействующий естественной тенденции к саморазряду аккумулятора. В случае популярных аккумуляторов (Ni-Cd, Ni-MH) это зарядка очень малым током.

зарядное устройство

Устройство, подающее электрическую энергию аккумуляторам в процессе зарядки.

милливатт-часы [mWh], ватт-часы [Wh]

Единицы, определяющие электрическую энергию, которую способна накопить данная батарея или аккумулятор. В отличие от единицы емкости, выраженной в миллиампер-часах/ампер-часах, значение энергии учитывает кривую выходного напряжения данной батареи, благодаря чему значения энергии можно сравнивать между каждым источником питания.

напряжение

Измеряемое в вольтах [V] разница потенциалов между электродами батареи. В случае элементов, зависит от электрохимической системы элемента. В случае батарей, состоящих из нескольких элементов, также от типа электрических соединений между отдельными элементами (последовательные, параллельные).

конечное напряжение

Напряжение, при достижении которого завершается процесс разрядки или зарядки батареи или аккумулятора. В случае литиевых аккумуляторов обозначает конечное напряжение, до которого заряжается элемент в фазе CV. После достижения и стабилизации этого напряжения зарядное устройство должно завершить зарядку.

напряжение завершения

См. конечное напряжение.

электрохимический элемент

Наименьшая единица, входящая в состав батареи - состоит из положительного и отрицательного электродов, сепаратора и электролита. Хранит электрическую энергию в химической форме. Емкость элемента зависит от его размера, тогда как напряжение элемента - от электрохимического типа элемента. Все элементы способны преобразовывать химическую энергию в электрическую, некоторые (аккумуляторы) - также преобразовывать подаваемую им электрическую энергию в химическую (зарядка).

емкость (C)

Значение, определяющее эффективность батареи/аккумулятора. Единственным методом определения емкости является извлечение всей накопленной емкости из полного аккумулятора/батареи (необходимо провести процесс разрядки). Емкость батареи обычно измеряется в ампер-часах [Ah]. Батарея емкостью 1Ah способна выдавать ток силой 1A в течение часа, ток силой 0,5A в течение двух часов и т.д. Ток зарядки/разрядки для аккумуляторов часто выражается в кратностях C - например, ток 0.1C для аккумулятора емкостью 1.4Ah (1400mAh) составляет 140mA.

ток завершения зарядки

Термин, характерный для аккумуляторов на основе лития. Определяет минимальный ток зарядки, которым заряжается литиевый элемент после достижения конечного напряжения в фазе зарядки постоянным напряжением (CV).

внутреннее сопротивление

В батареях и аккумуляторах определяет собственное сопротивление элемента. Каждый аккумулятор и батарея действуют в определенном диапазоне как стандартный резистор, где протекающий через них ток вызывает падение напряжения. Чем больше сопротивление батареи, тем больше падение напряжения и, в результате, меньший ток может протекать через нее к целевому устройству. Батарея с более высоким сопротивлением генерирует большее падение напряжения на клеммах во время разрядки - согласно основному закону Ома. Увеличение внутреннего сопротивления является естественным явлением эксплуатации аккумуляторов и батарей по мере их износа. Это очень негативное явление, так как часто приводит к преждевременному и неожиданному отключению имеющегося устройства. Потери энергии, связанные с внутренним сопротивлением аккумулятора, отдаются в виде тепла непосредственно на аккумуляторе и его контактах. Высокое внутреннее сопротивление может привести к перегреву аккумуляторов и батарей в требовательных устройствах - например, в вспышках. Наряду с емкостью это один из самых важных и значимых параметров, определяющих эффективность батареи или аккумулятора, о существовании которого не все осведомлены. На рынке есть всего несколько проверенных зарядных устройств, которые могут правильно измерить и предоставить пользователю значение сопротивления - к таким зарядным устройствам относятся everActive NC-3000 для аккумуляторов Ni-MH и everActive LC-2100 для литий-ионных аккумуляторов.

саморазряд

Саморазряд - это явление, возникающее в батареях в результате происходящих в них химических реакций без соединения между полюсами батареи. Саморазряд уменьшает срок службы батареи и приводит к тому, что они имеют меньшую способность к зарядке, чем та, которая была заложена при начале использования элемента.
То, как быстро и насколько резко проходит процесс саморазряда, зависит от типа батареи и таких факторов, как, например, температура работы и хранения.
Обычно литиевые батареи имеют меньшую способность к саморазряду (около 2-3% от общей емкости /месяц), в то время как батареи, построенные на основе никеля, более подвержены саморазряду (никель-кадмиевые Ni-Cd 15-20% от общей емкости /месяц, а никель-металлогидридные Ni-MH 30% от общей емкости/месяц). В случае элементов, выполненных по технологии Ni-MH, исключение составляют аккумуляторы нового поколения - например, Eneloop, которые способны поддерживать полезную емкость в течение многих лет.
Таким образом, видно, что этот процесс имеет очень большое влияние на эксплуатационную эффективность батареи.
Исходя из того, что нам известно, а именно факта, что саморазряд является химической реакцией, мы можем задать вопрос, какие именно факторы влияют на происходящий процесс?
Саморазряд - это химический процесс, происходящий в замкнутом контуре и обычно происходит быстрее при более высоких температурах. Хранение батарей при более низких температурах снижает скорость саморазряда и помогает сохранить первоначальную энергию, накопленную в батарее.
Более конкретные причины возникновения явления еще не были точно изучены.

сепаратор

Электрический изолятор, отделяющий электроды внутри электрохимического элемента.

электрохимическая система

Структура и химические компоненты, входящие в состав элемента, определяющие его параметры.

срок службы

Определяет долговечность аккумулятора - обычно указывается в циклах работы. В общем, срок службы в значительной степени зависит от условий эксплуатации аккумулятора. Copyright © Baltrade