Батарея (электротехника)

Батарея (электротехника)

Батарея (фр.  batterie ) — два или более соединённых параллельно или последовательно электрических элементов. Обычно под этим термином подразумевается соединение электрохимических источников электроэнергии/электрического тока (гальванических элементов, аккумуляторов, топливных элементов).

В электротехнике источники электроэнергии (гальванические элементы, аккумулятор), термоэлементы или фотоэлементы соединяют в батарею, чтобы получить напряжение, снимаемое с батареи (при последовательном соединении), силу тока или ёмкость (при параллельном соединении), образованного источника больше, чем может дать один элемент.

Прародителем батареи последовательно соединённых электрохимических элементов можно считать вольтов столб, изобретённый Алессандро Вольта в 1800 году, состоящий из последовательно соединённых медно-цинковых гальванических элементов.

Батарейкой в обиходе обычно не совсем корректно называют одиночные гальванические элементы (например, типа АА), которые в батарейных отсеках различных устройств соединяются в батарею для получения необходимого напряжения.

Батареей называют и цепь, содержащую только пассивные электрические элементы: резисторы (для увеличения рассеиваемой мощности или изменения сопротивления), конденсаторы (для увеличения ёмкости или увеличения рабочего напряжения), изменения ёмкости. Такие устройства, снабжённые элементами коммутации — переключателями, гнёздами и т. п. часто называют магазинами (магазин сопротивлений, магазин ёмкостей).

Содержание

Конструкция [ править | править код ]

Аккумуляторная батарея конструктивно выполняется, как правило, в едином корпусе в котором находятся несколько соединённых электрически аккумуляторных элементов. Наружу корпуса выведены обычно 2 контакта для подсоединения к зарядному устройству и/или потребляющей цепи. Аккумуляторная батарея может иметь также вспомогательные устройства, обеспечивающие эффективность и безопасность её эксплуатации: термодатчики, электронные устройства защиты как аккумуляторных элементов, входящих в состав батареи, так и батареи в целом (например, у литий-ионного аккумулятора). Аккумуляторная батарея и батарея гальванических элементов используется в качестве источника постоянного тока.

В основном под элементами питания подразумевают химический источник тока, однако существуют элементы и батареи на иных физических принципах. Например, ядерные элементы питания на бета-распаде (так называемые бета-вольтаические элементы питания     (англ.)  ( рус. ). [1] [2]

Последовательное соединение [ править | править код ]

Чаще всего электрохимические элементы в батарее соединяются последовательно. Напряжение отдельного элемента определяется материалом его электродов и составом электролита и не может быть изменено. Последовательное соединение нескольких элементов повышает выходное электрическое напряжение батареи, причём полное напряжение батареи при последовательном соединении равно сумме напряжений всех элементов. Предельный отдаваемый ток последовательной батареи не превышает тока самого слаботочного элемента.

Недостаток последовательного соединения — неравномерность разрядки и зарядки при неоднородных элементах, входящих в батарею, при элементарном включении в цепь зарядки/разрядки, более ёмкие элементы недоразряжаются, а менее ёмкие переразряжаются. Для некоторых типов аккумуляторных элементов, например литиевых, переразряд ведёт к выходу их из строя. Поэтому батареи литиевых элементов обычно снабжаются встроенными или внешними электронными схемами управления оптимизации разряда. Аналогичные проблемы возникают при заряде батареи аккумуляторных элементов. Так, как при последовательном соединении электрический заряд, протекший через каждый элемент, равен, это ведёт к перезаряду менее ёмких элементов и недозаряду более ёмких. Ёмкость даже однотипных элементов немного разнится из-за неизбежного технологического разброса и может стать существенно разной после многократных циклов заряда/разряда. Поэтому современные батареи аккумуляторов обычно снабжаются электронными схемами оптимизации заряда.

Примером аккумуляторной батареи с последовательным соединением аккумуляторных элементов является любой автомобильный аккумулятор, содержащий 6 или 12 элементов.

8,4-вольтовая Ni-MH батарея типоразмера 7HR22 («Крона») из 7 последовательно соединённых миниатюрных Ni-MH аккумуляторов по 1,2 В

Какие батарейки можно заряжать и как это сделать

Портативные энергосодержащие устройства — незаменимая вещь в доме. Они нужны для: работы игрушек, фотоаппарата, часов, пультов дистанционного управления и пр. И когда постоянная покупка начинает раздражать, многих волнует вопрос, какие батарейки можно заряжать без опасений. Чтобы не устроить взрыв, следует внимательно изучить виды автономных источников энергии и учесть все меры предосторожности при их эксплуатации.

Виды аккумуляторных батареек

Повторной многократной зарядке можно подвергать только аккумуляторы. Узнать их из широкого магазинного ассортимента просто: на них крупными цифрами четырехзначным числом указана емкость.

АКб по своему составу и способу отдачи заряда энергии подразделяются на:

• никель-кадмиевые;
• никель-металлогидридные;
• никель-цинковые;
• литий-ионные;
• литий-полимерные.

Первый в списке тип обладает эффектом памяти, а значит их при эксплуатации нужно разряжать до конца и только после этого включать в сеть через зарядное устройство.

Среди аккумуляторных источников энергии встречаются следующие размеры:

• мизинчик;
• пальчик;
• бочонок (батарейка типа D);
• крона (корунд);
• ½ АА.

Аккумуляторы таблеточного вида можно найти только в специализированных магазинах слуховых аппаратов.

Чем он больше, тем дольше прослужит аккумуляторный элемент. При этом, стоимость АКб с большими показателями на порядок выше.

Как найти аккумулятор среди батареек

Чтобы определить, какие батарейки можно заряжать в зарядном устройстве, нужно сначала научиться отличать аккумуляторы от обычных солевых.

Эти два вида имеют следующие различия:

1. Внешний вид. На аккумуляторе всегда указывается большими крупными цифрами емкость. Чем больше число, тем дольше он прослужит.
2. Надписи на иностранном языке. По-английски «перезаряжаемые» — это «rechargeable». А словосочетание “don’t recharge” означает, что данные батарейки обычные, их перезаряжать нельзя.
3. Маркировка. У аккумулятора имеются аббревиатуры: NiCl, Ni-MN, Zn, HR, ZR, KR. Это обозначения его типа. У солевой в маркировку включены следующие сокращения: R, CR, LR, FR.
4. Цена. Аккумуляторы в несколько раз дороже обычных батареек, поэтому стоимость представленного экземпляра тоже стоит иметь в виду.

Почему нельзя перезаряжать обычные батарейки

Если задуматься над вопросом, можно ли заряжать обычные батарейки в зарядном устройстве, то однозначно можно ответить следующее: они для такого не предназначены.

Но многих не останавливают предостережения. При этом, некоторые могут даже похвастаться успешным опытом. Почему так происходит? На это есть рациональное объяснение.

Обычные батарейки устроены иначе. Чаще всего они солевые, из электролита к электродам поступают ионы, запас которых со временем иссякает.

К тому же, большинство дешевых экземпляров при работе окисляются. Чаще всего их потенциал удаётся использовать всего лишь наполовину, а после образования корки из диэлектриков они становятся непригодными.

В дорогих вариантах, таких как Duracell и Energizer, производители активно борются с образованиями солей. Поэтому чаще всего эти элементы питания утрачивают свой заряд не менее, чем на 90 процентов.

Когда потребители помещают обычную батарею в зарядное устройство, под действием тока происходит разрушение солевой корки. В результате становится доступен остаточный заряд, который не был израсходован. А самой зарядки источника питания как таковой не происходит.

Нельзя держать обычные элементы в зарядке больше 10 минут или до их сильного накаливания. Иначе могут возникнуть неприятные последствия:

1. Она зашипит и испортит устройство для зарядки.
2. При перегреве соляная основа может даже взорваться.
3. Возможно возникновение короткого замыкания.

Как правильно зарядить АКб

Чтобы аккумуляторы прослужили как можно дольше, нужно внимательно изучить инструкцию, приложенную к самим элементам питания и зарядке.

Желательно, чтобы процесс возобновления емкости проходил медленно. Так элементы электропитания полноценно зарядятся и продержатся в электронной технике намного дольше.

Нельзя заряжать аккумуляторы при температуре ниже 5 градусов и выше 50 по Цельсию.

Во время зарядки АКб могут нагреться. Это нормально, если они комфортные на ощупь. При более сильном нагреве следует немедленно извлечь устройство из розетки.

Современные аккумуляторные портативные источники питания не обладают эффектом памяти, а значит никаких подготовок совершать не нужно.

Если в течение суток аккумуляторы не подзарядились, то их следует утилизировать. Такие источники питания уже вышли из строя.

Для наглядного примера рекомендуем посмотреть видео как зарядить батарейку от зарядного устройства:

Сколько времени заряжать аккумуляторы

Для того, чтобы точно узнать требуемую продолжительность зарядки, лучше всего приобрести устройство с индикатором, указывающим количество заряда в пополняемой батарее.

Некоторые модели показывают количество поступивших в элемент миллиампер. С помощью такой информации можно высчитать процент зарядки простым вычитанием.

К тому же, эти устройства после полной зарядки батарей отключаются. Это помогает сохранить и удолговечить аккумуляторы.

У менее современных моделей в заряженные АКб продолжает поступать ток. Это приводит к износу элемента питания, в результате чего он приходит в негодность.

Если же возможности обновить зарядное устройство просто нет, то всегда можно рассчитать требуемое время с помощью формулы:

Х (часов) = 1,4 •Y (мАч)/Z (мА),

где X — это время подзарядки, Y — емкость аккумулятора, а Z — это ток, проходящий в зарядке.

Коэффициент 1,4 используется для того, чтобы компенсировать теплоотдачу, так как не весь ток уходит только на заряд, а аккумулятор нагревается.

Если АКб имеет заряд энергии 1800 мАч, а ток в зарядном устройстве поступает в размере 150 мАч, то требуемое время вычисляется так:

1,4•1800 мАч/150мА=16,8 часов.

Получается, что для полной зарядки аккумулятора в 1800 мАч требует почти 17 часов. Как видно, рассчитать по формуле продолжительность зарядки совсем не сложно.

Чтобы можно было зарядить батарейку от зарядного устройства, нужно соблюдать все меры безопасности и следовать приложенной инструкции. И тогда портативные источники энергии смогут работать не один год.

Как выбрать аккумуляторные батарейки и зарядное устройство для них.

Современная электроника часто использует в виде источника тока не встроенный аккумулятор, а одноразовые батарейки. Не всегда под рукой находится исправный комплект. А если электроника ещё и прожорлива, то это немалые финансовые затраты. Разумное решение вопроса — покупка аккумуляторных батареек.

Види и типы батарей.

Чаще всего в єлектронике используются два вида батареек – “пальчиковые” (АА) и “мизинчиковые” (ААА). Аккумуляторные батарейки разных производителей различаются по химическому типу(никель-кадмиевые(Ni-cd), никель-металлогидридные(Ni-MH) и никель-цинковые(Ni-Zn) ).

Наибольшее распространение в бытовой электронике получили никель-металлогидридные батарейки. Их основные преимущества: высокая ёмкость и большое (до 2000) количество циклов заряд разряд. Максимальная ёмкость аккумуляторов 2700mAh для размера АА и 1000mAh для размера ААА.

Низкий саморазряд, LSD технология, ready to use- эти словосочетания обозначают одно и то же. Новый тип никель – металлогидридных аккумуляторов с низким саморазрядом. Отличие от старого поколения в том, что если аккумулятор старого поколения зарядить и не использовать, за два месяца заряд исчезнет. Перед использованием процедуру заряда придётся повторить. Новый тип аккумуляторов ведёт себя, как одноразовая батарейка. Потери за год не превышают 10-15%.

Выбор аккумуляторов.

Ещё аккумуляторные батарейки можно разделить на две большие группы. Первая – это бренды. Серьёзные фирмы, много лет выпускающие электронику или специализирующиеся на химических источниках тока. Panasonic, Sony, Varta, Duracell, Energizer, Kodak ит.п. Аккумуляторы всех подобных торговых марок — это высокое качество и большой срок службы. Минус только один-более высокая цена.

Вторая группа-это малоизвестные производители. Такие торговые марки принадлежат сетям супермаркетов, мелким китайским компаниям или отечественным частным лицам. Батареи подобных торговых марок чаще всего более низкого качества. Выражается это в сроке службе-количестве циклов “заряд-разряд”. Такие батареи тоже можно приобретать, но нужно понимать, что оптимальное соотношение цена-качество у аккумуляторов первой группы.

Особняком стоит отдельная группка батарей, реализуемых по очень низким ценам. Отличительные особенности их в том, что они имеют очень малый вес (внутри практически пустые) и завышенные значения ёмкости на упаковке-3000mAh, 5800mAh ит.д. Такие батарейки либо не работают совсем, либо работают очень плохо. Заявленную ёмкость нужно разделить примерно на 10. Приобретать подобный товар не следует ни в коем случае.

СЗУ , сетевые зарядные устройства. Виды , отличия.

Для заряда аккумуляторных батареек продаётся огромное количество зарядных устройств. Цены сильно отличаются. Всё зависит от функционала того или иного СЗУ.

Простейшие. Умеют только заряжать зарядным током, который указан на корпусе. Автоотключения нет. Время заряда вычисляется путём деления ёмкости аккумулятора (например, 2000mAh) на величину зарядного тока (например, 200mA). Получаем 10 часов. Ещё 20% нужно добавить на потери. Итого 12 часов — окончательное время заряда.

Автоматы. Зарядные устройства с автоотключением после окончания заряда. Отключение может быть реализовано с помощью встроенного таймера, а может осуществляться по ΔV. Это такое небольшое снижение напряжения в момент окончания заряда. Если такая функция реализована, работа аккумуляторов будет корректной. Наличие или отсутствие дисплея с дополнительной информацией (напряжение на батареях, время заряда и др.) на работу зарядного устройства не влияет. Светодиодной индикации состояния вполне достаточно для корректной работы.

Универсальные “комбайны”. Такие зарядки универсальны, подходят для всех современных видов аккумуляторов. СЗУ само определяет тип установленной батареи и начинает заряд. Можно изменить режим работы (заряд, заряд с разрядом, полный тест), зарядный ток, измерить внутреннее сопротивление, ёмкость аккумуляторных батареек. Море удовольствия для энтузиаста.

В каждой из категорий можно найти зарядное устройство, которое будет работать не от сети 220V, а от USB адаптера. Если адаптер есть в наличии, можно сэкономить около 20% стоимости товара.

Выбор зарядного устройства.

Если задача в исследовании характеристик и параметров батарей не стоит, покупать универсальный комбайн не стоит. Между простейшими и “автоматами”, предпочтение отдавать следует последним. Держать в уме время заряда и точный час, когда нужно выключить СЗУ, крайне неудобно. Зарядное устройство с автоотключением избавит от таких проблем.

Если же цель- всегда иметь под рукой универсальное зарядное с большим функционалом, стоит присмотреться к “комбайнам”. Желательно составить список необходимых функций и подбирать зарядное устройство по их наличию. У разных производителей цена практически одинаковых зарядных устройств, может сильно отличаться.

Экономика вопроса.

А нужно ли вообще покупать? Это несложно посчитать. Комплект аккумуляторных батареек и СЗУ “автомат” для них окупиться приблизительно через 20 циклов заряда-разряда. (стоимость 20 комплектов одноразовых батареек) Ресурс работы аккумуляторных батарей от 500 до 2000 циклов в зависимости от параметров и производителя.

Аккумуляторные батарейки позволят сэкономить немало денег на покупке батареек одноразовых. Кроме того, использование аккумуляторов — это защита окружающей среды. Большое количество одноразовых батарей не попадёт в отходы. Мир станет немножко чище.

Какие батарейки можно заряжать в зарядном устройстве

Жизнедеятельность современного человека трудно представить без так называемых «помощников» — технических устройств, питание которых происходит при помощи аккумуляторов или батареек.

Фотоаппарат, мышь от ноутбука, брелок от автосигнализации – все эти вещи не смогут функционировать без элементов питания и человеку, как минимум, раз в месяц, приходится озаботиться покупкой новой батарейки для того или иного бытового прибора.

Однако не всем известно, что некоторые батарейки могут служить аккумулятором, то есть способны выдержать многократное использование – для этого их стоит только подзарядить.

В этой статье мы разберем основные отличия обычного элемента питания от многоразового аккумулятора, внешне полностью идентичного стандартной батарейке. Также будет рассказано об основных критериях при подборе зарядного устройства для батареек и аккумуляторов.

Выбор элемента питания

Выбор пальчиковой батарейки, которую можно заряжать при помощи зарядного устройства, на первый взгляд, может составить некоторые трудности, ведь внешне такой элемент ничем не отличается от одноразового.

Однако при покупке не обязательно прибегать к помощи продавцов-консультантов, достаточно разобраться в надписях на товаре.

К примеру, значение напряжения у обычного элемента питания составит 1,6 В. У аккумулятора этот параметр ниже и составляет 1,2 В.

Небольшие познания в английском также не помешают в такой ситуации. Надпись rechargeable на элементе в переводе означает – «перезаряжаемый», что говорит само за себя.

И наоборот – словосочетание do not recharge подскажет потенциальному потребителю то, что батарейка не подлежит попеременной зарядке.

Еще одним отличием является нанесение производителем значения емкости аккумуляторной батарейки, которая выражается в mAh (миллиампер час). На обычном одноразовом элементе такого параметра вы не встретите.

Аккумуляторные батарейки пальчиковые, получающие «новую жизнь» от зарядного устройства, разделяются по типу материала, который является их основой.

Никель-кадмиевый элемент питания

Являются наиболее дешевыми по сравнению с остальными разновидностями. Несмотря на невысокую стоимость, такие аккумуляторные батарейки не лишены преимуществ, главное из которых – способность сохранять заряд при отрицательных температурах.

Недостатков несколько – неспособность воспринимать заряд до полной разрядки и его потеря даже без использования элемента в приборе.

Никель-металлогидридные

Такие элементы обладают способностью долго хранить свой заряд, но за такую возможность владелец расплачивается немалыми габаритами и стоимостью подобного аккумулятора.

Литий-ионные

Одни из самых современных батарей основное преимущество которых, является отсутствие «эффекта памяти», как в случае с элементами на основе Ni-Cd, и способность долгого сохранения заряда.

Основной недостаток заключается в высокой стоимости по отношению к другим разновидностям и эффектом быстрого саморазряда при работе в условиях отрицательных температур.

Изредка на некоторых батареях можно заметить надпись LSD. Английская аббревиатура расшифровывается — low self-discharge, что переводится как «низкий саморазряд».

Выбор зарядного устройства

Приобретая аккумуляторные батарейки ААА, или любого другого типа, необходимо параллельно с этим задуматься о приобретении зарядного устройства.

Ведь сами по себе дорогостоящие элементы питания без такого устройства принесут пользы не больше чем обычные одноразовые батарейки, продающиеся на кассе любого супермаркета.

Существует несколько критериев, зная о которых, потенциальный потребитель способен совершить оптимальный выбор.

Быстрота зарядки

В данном случае – критерий неоднозначный. С одной стороны – скорость в любых аспектах всегда являлась положительной характеристикой.

С другой – в данном случае эффект быстрой зарядки достигается за счет применения тока повышенного значения, что при постоянном применении может негативно отразиться на ресурсе аккумуляторной батареи.

Поэтому без необходимости зарядку рекомендуется производить на токах малого значения, пусть даже на это потребуется около восьми часов.

Примеры зарядки различных батареек при помощи зарядного устройства

Наличие нескольких каналов и слотов

Наиболее универсальным будет являться зарядное устройство, имеющее слоты для всех типов батареек, начиная от ААА (в народе – мизинчиковая) и заканчивая элементами питания больших размеров (например – «крона» с напряжением 9 В).

Также несколько одинаковых каналов позволят одновременно подвергать зарядке n-ое количество элементов одного типа.

Способность разряжать батарейки

В предыдущем абзаце было сказано о необходимости полной разрядки никель-кадмиевой батареи перед ее последующим восстановлением в зарядном устройстве.

Так как элементы питания на основе Ni-Cd являются самыми многочисленными в продаже, стало быть, зарядное устройство должно обладать способностью к предварительному разряду.

Типы различных зарядных устройств для батареек — видео.

Индикатор заряда

Устройство, обладающее подобным свойством, способно звуковым либо световым сигналом сообщить владельцу об окончании времени заряда, позволяя лишний раз не расходовать ресурс аккумулятора.

Определение емкости элемента питания

Некоторые батарейки из-за длительного использования становятся не способны воспринимать заряд от устройства. Данная функция позволяет определить устаревший элемент и заменить его на новый.

Заключение

Как говориться, чтобы закрепить тему, еще раз ответим на вопрос – можно ли зарядить батарейку от зарядного устройства? Можно, но не все.

Необходимо еще раз отметить, что обычные солевые или алкалиновые батарейки способностью перезарядки не обладают, а попытка все же зарядить их порой оканчивается взрывом, вот почему при выборе особое внимание нужно уделить совместимости с зарядным устройством.

В целом же, несмотря на кажущуюся дороговизну прибора для зарядки и соответствующих элементов питания – его покупка со временем принесет существенную экономию в любой семейный бюджет.

С точки зрения экологии тоже достигается положительный эффект – отходов в виде выброшенных одноразовых батареек станет гораздо меньше.

Главное при заряде батареи это не допустить перегрева, а так же не перезаряжать часто, поскольку с каждым перезарядом батарейка теряет способность держать заряд.

Опытным путем установлено, что некоторые алкалиновые батарейки можно перезаряжать до 20-ти раз.

Какие батарейки можно попробовать зарядить — видео

Как зарядить пальчиковые батарейки.