Baterie ( fr. baterie ) - două sau mai multe elemente electrice conectate în paralel sau în serie . De obicei, acest termen se referă la conectarea surselor electrochimice de electricitate / curent electric ( pile galvanice , baterii , pile de combustibil ).
În inginerie electrică , sursele de energie (pile galvanice, baterii), termocupluri sau fotocelule sunt conectate la o baterie pentru a obține tensiunea preluată de la baterie (când este conectată în serie), puterea sau capacitatea curentului (când sunt conectate în paralel), sursa formată este mai mare decât poate da un element .
Precursorul unei baterii de celule electrochimice conectate în serie poate fi considerat o coloană voltaică , inventată de Alessandro Volta în 1800, constând din celule galvanice cupru-zinc conectate în serie.
O baterie în viața de zi cu zi nu este de obicei numită în mod corect celule galvanice unice (de exemplu, tip AA ), care sunt conectate la o baterie în compartimentele bateriei diferitelor dispozitive pentru a obține tensiunea necesară.
O baterie se mai numește și un circuit care conține doar elemente electrice pasive: rezistențe (pentru a crește puterea disipată sau pentru a schimba rezistența), condensatoare (pentru a crește capacitatea sau pentru a crește tensiunea de funcționare), modificări de capacitate. Astfel de dispozitive echipate cu elemente de comutare - întrerupătoare, prize etc. sunt adesea numite magazine ( magazin de rezistență , depozit de capacitate ).
| Codurile universale internaționale pentru reciclarea bateriilor și a acumulatorilor | |
Bateria reîncărcabilă este realizată structural, de regulă, într-o singură carcasă în care există mai multe celule de baterie conectate electric. De obicei, 2 contacte sunt scoase în exteriorul carcasei pentru conectarea la încărcător și/sau la circuitul de consum. Bateria poate avea și dispozitive auxiliare care asigură eficiența și siguranța funcționării sale: senzori termici, dispozitive electronice de protecție atât pentru celulele bateriei care alcătuiesc bateria, cât și pentru bateria în ansamblu (de exemplu, pentru o baterie litiu-ion ) . Bateria de stocare și bateria celulelor galvanice sunt utilizate ca sursă de curent continuu .
Practic, bateriile înseamnă o sursă de curent chimic, dar există celule și baterii bazate pe alte principii fizice. De exemplu, bateriile nucleare aflate în dezintegrare beta (așa-numitele baterii beta-voltaice) [1] [2] .
Cel mai adesea, celulele electrochimice dintr-o baterie sunt conectate în serie . Tensiunea unei celule individuale este determinată de materialul electrozilor săi și de compoziția electrolitului și nu poate fi modificată. Conectarea mai multor celule în serie crește tensiunea de ieșire a bateriei , iar tensiunea totală a bateriei în conexiune în serie este egală cu suma tensiunilor tuturor celulelor. Curentul maxim de ieșire al unei baterii în serie nu depășește curentul elementului de curent scăzut în sine.
Dezavantajul unei conexiuni seriale este descărcarea și încărcarea neuniformă cu elemente eterogene incluse în baterie, cu o includere elementară în circuitul de încărcare/descărcare, celulele mai încăpătoare sunt subdescărcate, iar cele mai puțin încăpătoare sunt supradescărcate. Pentru unele tipuri de baterii, cum ar fi litiu, supradescărcarea duce la defectarea acestora. Prin urmare, bateriile cu litiu sunt în mod obișnuit prevăzute cu electronice de control a optimizării descărcării încorporate sau externe. Probleme similare apar la încărcarea unei baterii de celule reîncărcabile. Deoarece în conexiune în serie, sarcina electrică care curge prin fiecare element este egală, aceasta duce la supraîncărcare a elementelor mai puțin încăpătoare și la subîncărcare a celor mai încăpătoare. Capacitatea chiar și a aceluiași tip de celule variază ușor din cauza variației tehnologice inevitabile și poate deveni semnificativ diferită după mai multe cicluri de încărcare/descărcare. Prin urmare, bateriile moderne sunt de obicei echipate cu circuite electronice de optimizare a încărcării.
Un exemplu de baterie conectată în serie este orice baterie auto care conține 6 sau 12 celule.
Baterie Ni-MH de 8,4 volți dimensiunea 7HR22 ("Krona") din 7 baterii Ni-MH miniaturale conectate în serie de 1,2 V
Baterie alcalină de 9 V, dimensiune 6F100, 6 x celule plate de 1,5 V conectate în serie
Baterie alcalină de 6 volți, mărimea 4LR44, constând din 4 celule electrochimice miniaturale LR44 de 1,5 V conectate în serie
Baterie alcalină de 12 volți, dimensiunea A23 , constând din 8 celule electrochimice miniaturale LR932 de 1,5 V conectate în serie
Baterie de șurubelniță de 14,4 volți din 12 baterii cilindrice Ni-Cd conectate în serie de 1,2 V
Dispozitivul unei baterii auto de 12 volți din 6 baterii plumb-acid conectate în serie de 2 V
Conectarea în paralel a celulelor electrochimice într-o baterie crește capacitatea totală a bateriei, crește curentul maxim de ieșire și îi reduce rezistența internă . Conexiunea în paralel are o serie de dezavantaje. Când EMF al elementelor conectate în paralel nu este egală, curenții de egalizare încep să curgă între elemente, în timp ce elementele cu un EMF mai mare dau curent elementelor cu un EMF mai mic. În bateriile reîncărcabile, un astfel de flux de curenți nu este foarte semnificativ, deoarece celulele cu un EMF mai mare, atunci când sunt descărcate, reîncarcă celulele cu un EMF mai mic. În cazul fără baterii, fluxul de curent circulant duce la o scădere a capacității bateriei. În plus, atunci când celulele sunt conectate în paralel, modul de încărcare a bateriei de stocare devine mai complicat, deoarece de obicei necesită încărcare separată a fiecărei celule și comutarea celulelor în timpul încărcării, ceea ce complică controlul electronic de încărcare intern sau extern. circuit. Prin urmare, conexiunea paralelă a celulelor bateriei este rar utilizată, de preferință se folosesc celule cu o capacitate mai mare.
Baterii de autobuz electric
Baterii de rezervă pentru centrul de date
Cele mai comune dimensiuni de baterie [3] sunt:
| Nomenclatura IEC JIS | sovietic | Forma | Dimensiuni ( l × l ( ⌀ ) × t ), mm | Tensiune, V | Viata de zi cu zi. titlu |
|---|---|---|---|---|---|
| 6LR61/6F22 | coroană | Paralelipiped | 48,5×26,5×17,5 | 9 | "coroană" |
| 3R12 | 3336 | Paralelipiped | 67×62×22 | 4.5 | "apartament" |
| A23 (8LR932) | — | Cilindru | 28,9×10,3 | 12 | |
| A27 (8LR732) | — | Cilindru | 28,2×8 | 12 | |
| 2R10 | — | Cilindru | 74,6×21,8 | 3 | |
| 2CR5 | — | Paralelipiped | 45×34×17 | 6 | |
| 4LR44 | — | Cilindru | 25×12 | 6 | |
| 4LR61 | — | Paralelipiped | 48,5×35,6×9,18 | 6 | |
| 4R25 | — | Paralelipiped | 115×68,2×68,2 | 6 | |
| 6F100 | — | Paralelipiped | 80×64,5×51 | 9 | |
| 15F20 | — | Paralelipiped | 51×26,2×16 | 22.5 |
Bateria 6F22 este formată din 6 baterii F22 de 1,5 V
Bateria 6LR61 este formată din 6 baterii cilindrice LR61 de 1,5 V
Bateria 15F20 este formată din 15 baterii F20 de 1,5 V
Bateria 15F20 are o similaritate externă și structurală cu 6F22, dar diferă în funcție de dimensiune, tensiune și locația contactelor de la capete opuse.
2CR5
Bateria 4LR61 este formată din 4 baterii cilindrice LR61 de 1,5V
Baterie 4R25
| Tip de | Avantaje | Defecte |
|---|---|---|
| Uscat („sare”, cărbune-zinc ) |
Cel mai ieftin, produs în masă. | Cea mai mică capacitate; curba de descărcare în scădere; rău în lucrul cu sarcini puternice (curent mare); rău la temperaturi scăzute. |
| Heavy Duty (element uscat (puternic), clorură de zinc) |
Mai ieftin decât alcalin. Mai bine la curent ridicat și temperaturi scăzute. | Capacitate redusă. Curba de descărcare în cădere. |
| Alcalin ("Alcalin", alcalin-mangan ) |
Cost mediu. Mai bine decât precedentele la curent ridicat și temperaturi scăzute. La descărcare, menține o valoare scăzută a impedanței. Produs pe scară largă. | Curba de descărcare în cădere. |
| Mercur | Tensiune constantă, intensitate mare de energie și densitate de energie. | Preț mare. Datorită nocivității mercurului, aproape că nu se mai produc. |
| Argint | Capacitate mare. Curba de descărcare plată. Bun la temperaturi ridicate și scăzute. Durată excelentă de depozitare. | Scump. |
| Litiu | Cea mai mare capacitate pe unitate de masă. Curba de descărcare plată. Excelent la temperaturi scăzute și ridicate. Timp de depozitare extrem de lung. Tensiune mare per celulă (3,5-4,2 V pentru bateriile reîncărcabile ; 1,5 sau 3,0 V pentru bateriile cu litiu ). Ușoară. | Scump. |
| Tip de | Descriere | Avantaje | Defecte |
|---|---|---|---|
| Primar | Elemente galvanice . Reacțiile care au loc în ele sunt ireversibile, deci nu pot fi reîncărcate. De obicei, ele sunt numite cuvântul „baterie”. Încercarea de a încărca bateria principală poate deteriora și scurge leșia sau alte substanțe conținute în aceasta. Cel mai popular. | Capacitate mai mare și/sau mai ieftină. Mai puțină autodescărcare. | Utilizare de unică folosință. |
| Secundar | Baterii . Spre deosebire de cele primare, reacțiile din ele sunt reversibile, astfel încât acestea sunt capabile să transforme energia electrică în energie chimică, acumulând-o ( încărcare ) și să efectueze transformarea inversă, dând energie electrică consumatorului ( descărcare ). Pentru bateriile obișnuite, numărul de cicluri de încărcare-descărcare este de obicei de aproximativ 1000 și depinde în mod semnificativ de condițiile de funcționare. | Utilizare multiplă, reîncărcabilă. | Capacitate mai mică și/sau mai scumpă. Autodescărcare mai puternică. |
Bateriile cu sare și alcaline (bateriile zinc-mangan) sunt folosite literalmente peste tot în viața de zi cu zi - în telecomenzi , în șoareci și tastaturi fără fir, în ceasuri cu alarmă etc. Eliminarea lor și prelucrarea ulterioară este importantă nu numai din punct de vedere al ecologiei (aflați într-o groapă de gunoi, pot lua foc singuri, iar acest lucru va duce la eliberarea de substanțe toxice - dioxine în atmosferă), ci și pentru obținerea de materii prime valoroase ( mangan (pe care, de exemplu, în Rusia nu îl produc sub formă metalică) și zinc ). Acum (anii 2020), aproximativ un miliard de astfel de baterii sunt acumulate în Federația Rusă , dar nu mai mult de 3% sunt reciclate [4] . În țările europene, în magazine (supermarketuri) peste tot există containere pentru colectarea deșeurilor potențial toxice (baterii, lămpi CFL etc.).
| Dimensiuni populare de celule electrochimice și baterii | ||
|---|---|---|