i denne vejledning lærer vi om en af de vigtige komponenter i elektriske og elektroniske systemer: et batteri. Vi vil se nogle grundlæggende oplysninger om et batteri, Se på forskellige typer batterier og også en guide til, hvilken batteritype der passer til din applikation.,
Oversigt
Indledning
uanset Om du er en Elektrisk Ingeniør eller ikke, er du muligvis er kommet på tværs af atleast et par af forskellige typer af batterier i dit liv. Nogle af de almindelige steder, hvor du bruger batterier, er vægure, alarmer eller røgdetektorer, der bruger små engangsbatterier eller biler, lastbiler eller motorcykler, der bruger relativt store genopladelige batterier.
batterier er blevet en meget vigtig energikilde i det sidste årti eller deromkring., Allerede før det var de en integreret del af vores liv i at drive flere bærbare enheder som Transistorradioer, transalkman, håndholdte spil, kameraer osv.
men med udviklingen i avancerede smarttelefoner, tablets, bærbare computere, solenergi og elektriske køretøjer har forskningen i kraftige batterier, der kan vare længere og kan levere den nødvendige energi, været på sit højeste.
Som en kendsgerning, den 2019 Nobelprisen i Kemi er blevet tildelt tre forskere John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham og Akira Yoshino for udvikling af lithium-ion-batterier.,
Hvad er et Batteri?
et batteri er en kemisk enhed, der opbevarer elektrisk energi i form af kemikalier og ved hjælp af elektrokemisk reaktion omdanner den lagrede kemiske energi til jævnstrøm elektrisk energi. Alessandro Volta, en italiensk fysiker, opfandt det første batteri i 1800.
den elektrokemiske reaktion i et batteri indebærer overførsel af elektroner fra et materiale til et andet (kaldet elektroder) gennem en elektrisk strøm.,
celle og batteri
selvom udtrykket batteri ofte bruges, kaldes den grundlæggende elektrokemiske enhed, der er ansvarlig for den faktiske opbevaring af energi, en celle. En celle, som netop nævnt, er den grundlæggende elektrokemiske enhed, der er kilden til elektrisk energi produceret ved omdannelse af kemisk energi.
i sin grundlæggende form indeholder en celle typisk tre hovedkomponenter: to elektroder og elektrolyt og består også af terminaler, separator og en beholder. Når vi taler om elektroder, er der to typer elektroder kaldet anoden og katoden.,
anoden er den negative elektrode (også kaldet Brændstofelektroden eller den reducerende elektrode). Det mister elektroner til det eksterne kredsløb, og i den elektrokemiske reaktion bliver den o .ideret.
katode på den anden side er den positive elektrode (også kaldet Den O .iderende elektrode). Det accepterer elektroner fra det evige kredsløb og i den elektrokemiske reaktion bliver det reduceret. Derfor er energiomdannelsen i et batteri på grund af elektrokemisk o .idationsreduktionsreaktion.
den tredje vigtige komponent i en celle er elektrolytten., En elektrolyt fungerer som medium til overførsel af ladning i form af ioner mellem de to elektroder. Derfor er elektrolytten engang omtalt som Ionleder. Et vigtigt punkt skal bemærkes her, at elektrolytten ikke er elektrisk ledende, men bare har ionisk ledningsevne.
et batteri består ofte af en eller flere “celler”, der er elektrisk forbundet i enten en serie eller parallel konfiguration for at tilvejebringe de nødvendige spændings-og strømniveauer.,
Forskellige Typer af Batterier
Dybest set, alle elektrokemiske celler og batterier, som er klassificeret i to typer:
- Primære (ikke-genopladelige)
- Sekundære (opladelige)
Selv om der er flere andre klassifikationer inden for disse to typer af batterier, disse to er de grundlæggende typer. Primærbatterier er simpelthen ikke-genopladelige batterier, dvs. de kan ikke genoplades elektrisk, mens de sekundære batterier er genopladelige batterier, dvs. de kan genoplades elektrisk.,
primærbatterier
et Primærbatteri er en af de enkle og praktiske strømkilder til flere bærbare elektroniske og elektriske enheder som lys, kameraer, ure, legetøj, radioer osv. Da de ikke kan genoplades elektrisk, er de af typen “brug det, og når de aflades, Kass .r det”.
normalt er primærbatterier billige, lette vægt, små og meget praktiske at bruge med relativt ingen eller mindre vedligeholdelse., Størstedelen af de primære batterier, der bruges i indenlandske applikationer, er enkeltcelletype og kommer normalt i cylindrisk konfiguration (selvom det er meget let at fremstille dem i forskellige former og størrelser).
almindelige primære batterityper
indtil 1970 ‘ erne var batteriesink-anodebaserede batterier de dominerende primære batterityper. I løbet af 1940 ‘ erne, Anden Verdenskrig og efter krigen, batteriesink-Carbon baserede batterier og de har en gennemsnitlig kapacitet på 50 KGH / kg.
den mest markante udvikling inden for batteriteknologien fandt sted i perioden 1970-1990., Det er i denne periode, den berømte Zink / Alkalisk mangandioxid-batterier blev udviklet, og de langsomt erstattet de ældre Zink – Carbon typer som den primære batteri.
Zink – Kviksølv Oxid og Cadmium Kviksølv Oxid batterier, også blev anvendt i denne periode, men på grund af de miljømæssige problemer med hensyn til brugen af Kviksølv, og disse batterityper langsomt udfases.,
det er i denne periode, hvor udviklingen af batterier med Lithium som aktivt anodemateriale er startet og betragtes som en stor præstation på grund af den høje specifikke energi og længere holdbarhed af lithiumbatterier over traditionelle .inkbatterier.lithiumbatterier fremstilles som knap – og møntcelle til en bestemt række applikationer (som ure, hukommelsesbackup osv.), mens større cylindriske batterier også er tilgængelige.
følgende tabel viser forskellige typer primærbatterier sammen med deres egenskaber og applikationer.,shelf life
Replacement for button and cylindrical cells
Lithium/Solid Electrolyte
Memory circuits, medical electronics
Secondary Batteries
A Secondary Battery is also called as Rechargeable Battery as they can be electrically recharged after discharge., Den kemiske status af de elektrokemiske celler kan “genoplades” til deres oprindelige status ved at føre en strøm gennem cellerne i modsat retning af deres udladning.
Dybest set, sekundære batterier kan bruges på to måder:
I den første kategori af programmer, den sekundære batterier er hovedsagelig anvendes som energi-lagerenheder, hvor de er elektrisk forbundet til en af de vigtigste energikilde, og også opkræves af det, og også levere energi, når det er påkrævet. Eksempler på sådanne anvendelser er hybride elektriske køretøjer (HEV), uafbrudte strømforsyninger (UPS) osv.,
den anden kategori af anvendelser af sekundære batterier er de applikationer, hvor batteriet bruges og aflades som et primært batteri. Når det er helt afladet (eller næsten helt afladet), i stedet for at kassere det, genoplades batteriet med en passende opladningsmekanisme. Eksempler på sådanne anvendelser er alle de moderne bærbare elektronik som mobiler, bærbare computere, elektriske køretøjer, etc.,
energitætheden af sekundært batteri er relativt lavere end for primærbatterier, men har andre gode egenskaber som høj effekttæthed, flade udladningskurver, høj udladningshastighed, lav temperaturydelse.
Common Sekundære Batteri Typer
To af de ældste batterier er faktisk sekundære batterier kaldet Bly – Syre-Batterier, som blev udviklet i slutningen af 1850-og Nikkel – Cadmium-Batterier, som blev udviklet i begyndelsen af 1900-tallet. Indtil nyere tid, der er kun to typer af sekundære batterier.,
de første og de mest almindeligt anvendte genopladelige batterier kaldes blybatterier. De er baseret på det elektrokemiske par bly – Blydio .id (Pb – pbo2). Elektrolytten, der anvendes i disse typer batterier, er den meget almindelige svovlsyre.
den anden type af de genopladelige batterier kaldes nikkel – Cadmium batterier. De er baseret på Nikkelo .yhydro .id (Nikkelo .id) som den positive elektrode og Cadmiummetalbaserede negative elektrode. Kommer til elektrolytten anvendes en alkalisk opløsning af Kaliumhydro .id.,
i de seneste årtier er der opstået to nye typer genopladelige batterier. De er nikkel-Metalhydridbatteriet og Lithium – ion-batteriet. Af disse to kom lithium – ion-batteriet ud til at være en spilskifter og blev kommercielt overlegen med sine høje specifikke energi-og energitæthedstal (150 .h / kg og 400 .h / L).,
Der er nogle andre typer af Sekundære Batterier, men de fire vigtigste typer er:
- Bly – Syre-Batterier
- Nikkel – Cadmium-Batterier
- Nikkel – Metal-Hydrid-Batterier
- Lithium – Ion-Batterier
Lad os nu kort se, om disse batterityper individuelt.
blybatterier
blybatterierne er langt de mest populære og mest brugte genopladelige batterier. De har været et succesfuldt produkt i mere end et århundrede., Blysyrebatterier Fås i flere forskellige konfigurationer som små forseglede celler med kapacitet på 1 Ah til store celler med kapacitet på 12.000 Ah.
en af de største anvendelser af blysyrebatterier er i bilindustrien, da de primært bruges som SLI-batterier (start, belysning og tænding).
andre anvendelser af blysyrebatterier inkluderer energilagring, nødstrøm, elektriske køretøjer (endda hybridbiler), kommunikationssystemer, nødbelysningssystemer osv.,
den brede vifte af anvendelser af blysyrebatterier er et resultat af dets brede spændingsområder, forskellige former og størrelser, lave omkostninger og relativt let vedligeholdelse. Sammenlignet med andre sekundære batteriteknologier er blysyrebatterier den billigste mulighed for enhver applikation og giver meget god ydelse.
Blysyrebatteriernes elektriske effektivitet er mellem 75 og 80%. Denne effektivitet værdi dem egnet til energilagring (uafbrudt strømforsyninger – UPS) og elbiler.,
Nikkel – Cadmium-Batterier
Den Nikkel – Cadmium-Batterier eller blot Ni-Cd-Batterier er en af de ældste batterityper der findes i dag sammen med bly-syre-batterier. De har en meget lang levetid og er meget pålidelige og robuste.
En af de vigtigste fordele ved Ni-Cd-Batterier er, at de kan blive udsat for høje udledning priser, og de kan betjenes over en bred vifte af temperaturer. Holdbarheden af Ni-Cd-batterier er også meget lang., Omkostningerne ved disse batterier er højere, at bly-syre batterier på per houratt-time basic, men det er mindre, at andre typer af alkaliske batterier.
Som tidligere nævnt bruger Ni-Cd-batterierne nikkel O .yhydro .id (NiOOH) som katode og Cadmiummetal (Cd) som anode. Typiske forbrugerkvalitetsbatterier leveres med en onlinespænding på 1,2 V. I industrielle applikationer er Ni-Cd kun andet end blysyrebatterier på grund af deres lave temperaturpræstationer, flad udladningsspænding, lang levetid, lav vedligeholdelse og fremragende pålidelighed.,
Desværre er der en vigtig egenskab ved Ni-Cd-batterier kaldet “memory effect”, som er deres eneste ulempe. Når Ni-Cd-celler udledes delvist og derefter genoplades, mister de deres kapacitet gradvist, dvs.cyklus for cyklus. “Conditioning” er den proces, hvor batteriernes tabte kapacitet kan genoprettes.
i denne proces udledes cellerne fuldstændigt til nul volt og genoplades derefter fuldt ud.,
nikkel – metalhydrid batterier
disse er relativt nye type batterier er en udvidet version af nikkel – Hydrogen elektrode batterier, som udelukkende blev anvendt i rumfart applikationer (satellitter). Den positive elektrode er Nikkelo .yhydro .id (NiOOH), mens den negative elektrode i cellen er en metallegering, hvor hydrogen opbevares reversibelt.
under opladning absorberer metallegeringen brintet til dannelse af metalhydrid, og under udledning mister metalhydridet brint.,
en største fordel ved nikkel-metalhydrid batterier over Ni-Cd batteri sin højere specifikke energi og energitæthed. Forseglede nikkel-metalhydridbatterier fås kommercielt som små cylindriske celler og bruges i bærbar elektronik.
Lithium – Ion-Batterier
fremkomsten af lithium-ion-batterier i de sidste par årtier har været helt fænomenal. Mere end 50% af forbrugermarkedet har vedtaget brugen af lithium-ion-batterier. Især bærbare computere, mobiltelefoner, kameraer osv. er de største anvendelser af lithium – ion-batterier.,
Lithium-ion-batterier har markant høj energitæthed, høj specifik energi og længere levetid. Andre vigtigste fordele ved lithium – ion-batterier er langsom selvudladningshastighed og bred vifte af driftstemperaturer.
Batteriapplikationer
i de sidste par årtier har brugen af små forseglede batterier i forbrugerapplikationer været eksponentiel. Primære eller genopladelige batterier i lille formfaktor bruges i et stort antal apparater. Nogle af dem er nævnt nedenfor.,bærbare elektroniske enheder: ure, kameraer, mobiltelefoner, bærbare computere, videokameraer, regnemaskiner, testudstyr (multimetre).underholdning: radioer, MP3-afspillere, CD-afspillere, alle infrarøde fjernbetjeninger, legetøj, spil, tastaturer.
Hvordan vælger du et batteri?,
valg af et batteri til din applikation kan ringes ned til kun to egenskaber: ydelse og omkostninger. Men hvis vi graver lidt dybere, er følgende afgørende faktorer for at vælge det rigtige batteri til din applikation.
- Primær eller Sekundær
- Energi eller Effekt
- holdbarhed
- Energieffektivitet og Genoplade Rate
- Batteriets Levetid
- Batteri Temperatur
Skriv et svar