Книги, научные публикации
ВВЕДЕНИЕ Химические источники тока (ХИТ) проч но вошли в нашу жизнь. В быту потребитель редко обращает внимание на отличия ис пользуемых ХИТ. Для него - это батарейки и аккумуляторы. Обычно они используются
в таких устройствах, как карманные фонари, игрушки, радиоприемники или автомобили. Чаще всего, различают батарейки и акку муляторы по внешнему виду. Но существуют аккумуляторы, конструктивно выполненные также как и батарейки. Например внешний вид аккумулятор КНГ 1Д мало отличается от классических пальчиковых батареек R6C. И наоборот. Аккумуляторы и батарейки диско вой конструкции внешне также неразличи мы. Например аккумулятор Д 0,55 и кнопо чный ртутный элемент (батарейка) Р - 82. Для того, чтобы их различать, потребите лю необходимо обращать внимание на мар кировку, нанесенную на корпус ХИТ. Мар кировки, наносимые на корпуса батареек и аккумуляторов описаны в главе 1 и 2 на рисунках и в таблицах. Это необходимо для правильного выбора питающего элемента для вашего устройства. Появление переносной аудио, видео и другой более энергоемкой аппаратуры по требовало увеличения энергоемкости ХИТ, их надежности и долговечности. В данной книге описываются технические характеристики и способы выбора оптималь ного ХИТ, способы заряда, восстановления, эксплуатации и продления срока использо вания аккумуляторов и батареек.
Читателю следует обратить внимание на предостережения относительно безопасно сти и утилизации ХИТ. В том случае, когда потребляемая мощ ность относительно велика (10Ач), исполь зуются аккумуляторы, в основном кислот ные, а также никель железные и никель кад миевые. Они применяются в портативных ЭВМ (Laptop, Notebook, Palmtop), носимых средствах связи, аварийном освещении и пр. Автомобильные аккумуляторы занимают особое место в книге. Приводятся схемы устройств для зарядки и восстановления ак кумуляторов, а также описываются новые, созданные по технологии dryfit, герметич ные аккумуляторы, не требующие ухода в течении 5...8 лет эксплуатации. Они не ока зывают вредного воздействия на людей и аппаратуру. В последние годы такие аккумуляторы широко применяются в резервных источни ках питания ЭВМ и электромеханических системах, накапливающих энергию для воз можных пиковых нагрузок и аварийного пи тания электроэнергией жизненно важных систем. В начале каждой главы приведен словарь специальных английских терминов, которые используются в описаниях и при маркировке батареек и аккумуляторов. В конце книги находится сводный отрезной словарь терми нов. Основные характеристики ХИТ широкого спектра применения, представляющих прак тический интерес, приведены в табл. В.1.
Таблица В.1.
Основные характеристики химических источников тока Тип элемента Анод (+) Катод ( ) Макс. напряжение, В Макс. емкость, Ач/кг Рабочее напряжение, В Плотность энергии, Втч/кг Запасаемая энергия, Втч/дм Срок хранения, лет Первичные батареи Лекланше (C Zn) Щелочной MnO 2 Ртутный Оксид серебра Воздушно цинковый Оксид магния Органический катод Ртутно кадмиевый Литиевый Литиевый Литиевый Литиевый Литиевый Литиевый Литиевый Свинцово кислотный Железо никелевый Никель кадмиевый Серебряно кадмиевый Серебряно цинковый Цинк NiO x Литиевый Zn Zn Zn Zn Zn Mg Mg Cd Li Li Li Li Li Li Li Pb Fe Cd Cd Zn Zn Li MnO 2 MnO 2 HgO AgO O2 MnO 2 m DNB HgO CrO 2 (CF) n MnO 2 CuS Ag 2 CrO 4 SO2 SOCl 2 PbO 2 NiOx NiO x AgO AgO NiO x MoO 1,6 1,5 1,34 1,85 1,6 2 1,8 0,9 3,8 3,6 3,2 2,5 3,4 2,9 3,6 2,1 1,5 1,35 1,4 1,85 1,75 2, 230 230 185 285 815 270 1400 165 750 2200 - - - - - Аккумуляторы 1,2 1,15 1,2 1,5 1,1 1,5 1,15 0,85 3 3 3 2,7 1,8 1,5 3,3 3,0 2,8 2,2 3,5 3,0 2 1,2 1,2 1,05 1,5 1,6 1, 65 90 120 130 200 100 130 45 350 650 250 300 300 350 500 37 29 33 55 100 55 175 300 370 450 190 195 180 520 450 550 600 600 800 500 1000 70 65 60 120 170 110 1,2 2,5 3 2,5 1,5 3,3 3,8 3,5 5 5 4 4 4 4 4 3 5 5 6 - - 55 195 165 230 285 185 1. 1. Термины и определения Анод положительный вывод батареи. два или более элементов, со единенных последовательно или (и) параллельно для обес печения нужного напряжения и тока. Плотность энергии отношение энергии элемента к его массе или объему, выра женное в Ватт часах на едини цу массы или объема. падение напряжения, вызван ное изменениями химических композиций компонентов эле ментов (разница между напря жением холостого хода и на пряжением в любой момент разряда). потребление электрической энергии от элемента во внеш нюю цепь. Глубокий разряд - это состояние, в котором пра ктически вся емкость элемен та израсходована. Неглубокий разряд - это разряд, при кото ром израсходована малая часть полной емкости. материал, используемый для изоляции электродов друг от друга. Он иногда удерживает электролит в сухих элементах.
Батарея сопротивление току через эле Внутреннее мент, измеренное в Омах. сопротивление Иногда называется внутрен ним импедансом. расход емкости, умноженный на среднее напряжение в тече Выход энергии ние времени разряда батарей, выраженный в Ватт часах (Втч). количество электрической энергии, которое батарея вы деляет при определенных усло виях разряда, выраженное в ампер часах (Ач) или кулонах (1 Ач = 3600 Кл). электрическая энергия, пере даваемая элементу, с целью преобразования в запасаемую химическую энергию. отрицательный вывод батареи. метод, при котором для приве дения батареи в полностью за ряженное состояние и поддер жания ее в этом состоянии ис пользуется постоянный ток. минимальное напряжение, при котором батарея способна отдавать полезную энергию при определенных условиях разряда. напряжение на внешних зажи мах батареи при отсутствии от бора тока. напряжение на полностью за ряженной батарее при ее раз ряде с очень низкой скоро стью. метод поддержания подзаряжа емой батареи в полностью за ряженном состоянии путем по дачи выбранного постоянного напряжения для компенсации в ней различных потерь.
Поляризация Разряд Емкость Сепаратор Заряд Катод Компенсаци онный подза ряд период времени, в течение ко торого, элемент хранящийся Срок хранения при нормальных условиях (20C), сохраняет 90% первона чальной емкости. Стабильность однородность напряжения, при котором батарея отдает энергию в течение полного ре жим разряда. базовая единица, способная преобразовывать химическую энергию в электрическую. Он состоит из положительного и отрицательного электродов, погруженных в общий элект ролит. проводящий материал, способ ный при реакции с электроли том производить носителей то ка. материал, проводящий носите лей заряда в элементе. одна последовательность заря да и разряда элемента.
Напряжение отсечки Элемент Напряжение холостого хо да Номинальное напряжение Электрод Электролит Цикл Плавающий заряд Английские термины A battery батарея накала батарея кислотных (свин acid storage battery цовых) аккумуляторов air battery alkaline battery alkaline battery alkaline dry battery alkaline dry battery alkaline manga nese battery alkaline storage battery alkaline storage battery anode battery B battery Bansen battery bag type battery balancing battery battery bias battery воздушно металлический элемент (первичный) щелочной элемент щелочной марганцево цин ковый элемент сухой ртутно цинковый элемент сухой щелочной элемент щелочной марганцево цин ковый элемент батарея щелочных аккуму ляторов щелочной аккумулятор анодная батарея анодная батарея (азотно кислотно цинко вый) элемент Бунзена стаканчиковый (первич ный) элемент с куколкой буферная батарея батарея элемент батареи смеще ния, элемент сеточной ба тареи батарея смещения, сеточ ная батарея (первичный) элемент с ди хроматным раствором буферная батарея буферная батарея батарея смещения, сеточ ная батарея (ртутно цинковый) эле мент Кларка displacement bat tery divalent silver ox ide battery Daniel battery decomposition bat tery dichromate battery chemical battery chargeable battery cooper zinc battery counter (electro motive) battery cadmium normal battery cadmium silver ox ide battery carbon battery (ртутно кадмиевый) нор мальный элемент Вестона оксидно кадмиевый гальва нический элемент (первичный) элемент с угольным электродом (сухой) элемент с цинко carbon zinc battery вым анодом и угольным катодом cell элемент, ячейка, гальвани ческий элемент (первич ный элемент, аккумулятор или топливный элемент) батарея химических источ ников тока перезаряжаемый элемент медно цинковый элемент противодействующий эле мент (медно цинковый) эле мент Даниеля элемент с (побочной) реак цией электролитического разложения (первичный) элемент с ди хроматным раствором элемент с (побочной) реак цией электролитического замещения элемент с оксидированием серебра до двухвалентного состояния батарея никель цинковых аккумуляторов сухой элемент сухая батарея батарея сухозаряженных аккумуляторов сухозаряженный аккумуля тор biasing battery bichromate battery buffer battery bypass battery C battery Clark battery double fluid battery двухжидкостный элемент drum storage dry battery dry battery dry charged battery dry charged battery Edison battery никель железный аккуму лятор гальваническая батарея (батарея первичных эле ментов, аккумуляторов или топливных элементов) гальванический элемент (первичный элемент), ак кумулятор или топливный элемент батареи аккумуляторов ава рийного питания батарея аварийного пита ния запасные аккумуляторные батареи ячейка Фарадея батарея аккумуляторов с пастированными пластина ми батарея накала запасная батарея аккумуля торов (включаемая парал лельно основной батарее) (дихроматно цинковый) элемент Грене электрохимическая ячейка в режиме гальванического элемента сеточная батарея, батарея смещения батарея смещения, сеточ ная батарея (щелочной оксидмедно цинковый) элемент Лалан да (марганцево цинковый) элемент Лекланше кислотный (свинцовый) аккумулятор батарея свинцовых (кис лотных) аккумуляторов lead calcium bat tery lead dioxide pri mary battery line battery lithium battery lithium iron sulfide secondary battery lithium silver chro mate battery lithium water bat tery long wet stand life battery magnesium battery magnesium mercu ric oxide battery magnesium cu prous chloride bat tery magnesium silver chloride battery magnesium water battery mercury battery mercury battery metal air storage battery nicad (nickel cad mium) battery nickel cadmium battery nickel iron battery nickel iron battery свинцово кальциевый эле мент первичный элемент из дио ксида свинца буферная батарея элемент с литиевым ано дом хлориджелезно литиевый аккумулятор хроматосеребряно литие вый элемент водно литиевый элемент батарея аккумуляторов с длительным сроком хране ния в залитом состоянии первичный элемент с маг ниевым анодом магниевая оксид ртутная батарея хлоридмедно магниевый элемент хлоридсеребряно магние вый элемент водно магниевый элемент (сухой) ртутно цинковый элемент батарея (сухих) ртутно цинковых элементов воздушно металлический аккумулятор батарея никель кадмиевых аккумуляторов никель кадмиевый аккуму лятор никель железный аккуму лятор батарея никель железных аккумуляторов electric battery electric battery emergency batteries emergency battery end batteries Faradey battery Faure storage bat tery filament battery floating battery Grenet battery galvanic battery grid battery grid bias battery Lalande battery Leclanche battery lead ( acid) battery lead acid (lead storage) battery Plante battery свинцовый (кислотный) аккумулятор с полотня ным сепаратором контрольный аккумулятор батареи анодная батарея сменная батарея переносная батарея (первичный) элемент батарея (первичных) эле ментов микрофонная батарея (сухой) ртутно цинковый элемент батарея аккумуляторов батарея перезаряжаемых элементов гальванический элемент резервной батареи вызывная (телефонная) ба тарея (первичный) элемент с рас творами солей аммония насыщенный нормальный элемент герметичный аккумулятор герметичный (первичный) элемент батарея аккумуляторов вызывная (телефонная) ба тарея батарея серебряно кадмие вых аккумуляторов (первичный) элемент с се ребряным катодом silver zinc primary battery silver zinc storage battery solar battery standard Daniel battery standby battery stationary battery storage battery talking battery Voltaic battery Weston (standard) battery wet battery zinc air battery zinc chlorine bat tery zinc coper oxide battery zinc iron battery zinc manganese di oxide battery zinc mercury ox ide battery zinc nickel battery zinc silver chloride primary battery серебряно цинковый пер вичный элемент батарея серебряно цинко вых аккумуляторов солнечная батарея (медно цинковый) нор мальный элемент Даниеля батарея аварийного пита ния стационарная батарея акку муляторов батарея аккумуляторов микрофонная батарея элемент Вольта;
элемент с металлическими электрода ми и жидким электролитом (ртутно кадмиевый) нор мальный элемент Вестона элемент с жидким электро литом батарея воздушно цинко вых элементов хлорно цинковый аккуму лятор оксидмедно цинковый эле мент железоцинковый элемент батарея марганцево цинко вых элементов оксидртутно цинковый элемент батарея никель цинковых аккумуляторов хлоридсеребряно цинко вый первичный элемент pilot battery plate battery plug in battery portable battery primary battery primary battery quiet battery Ruben battery rechargeable bat tery rechargeable bat tery reserve battery ringing battery sal ammoniac bat tery saturated standard battery sealed battery sealed battery secondary battery signaling battery silver cadmium storage battery silver oxide battery Список литературы 1. Кауфман М., Сидман. А.Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. Справочник. В 2 х т.: Пер. с англ./Под ред. Ф.Н. Покровского. М.: Энергоатомиздат, 1991. 368 с. 2. Терещук Р.М. и др. Малогабаритная аппаратура. Справочник радиолюбителя. К.: Наукова думка, 1975. 557 с. 3. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. Учебно справочное руководство. 3 е изд., перераб. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит., 1988. 432 с. 4. Деордиев С.С. Аккумуляторы и уход за ними. К.: Техника, 1985. 136 с. 5. Электротехнический справочник. В 3 х т. Т.2. Электротехнические изделия и устройства/под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И. Н. Орлов) и др. 7 изд. 6 испр. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 712 с. 6. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. Под ред.С.В.Якубовского. М.: Радио и связь, 1990. 496 с. 7. Семушкин С. Источники тока и их применение. Радио, 1978. №2, 3. 8. Векслер Г.С. Расчет электропитающих устройств. К.: Техника, 1978. 208 с. 9. Лисовский Ф.В., Калугин И.К. Англо русский словарь по радиоэлектронике. 2 е изд., перераб. и доп. Ок. 63000 терминов. М.: Рус. яз., 1987. 10. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981.360 с. 11. Кромптон Т. Первичные источники тока. М.: мир, 1986. 326 с.