Электрохимические батареи обладают преимуществами перед прочими устройствами хранения энергии, в них напряжение сохраняется на высоком уровне в ходе всего разряда, и лишь в конце резко спадает. Суперконденсатор (ионистор) разряжается линейно, а устройства со сжатым воздухом и маховиком выдают максимальную мощность лишь в начале цикла отдачи энергии. Большинство типов заряжаемых батарей допускают перезарядку лишь в течение короткого времени, их срок службы напрямую зависит от режимов заряда, разряда и температуры.
Люди, сделавшие своим хобби дистанционное управление летающими, плавающими и передвигающимися игрушками, выжимают из высокоэффективных батарей максимум энергии, вплоть до 30-кратной номинальной емкости. Такие батареи эксплуатируют на дистанционно управляемых моделях геликоптеров, гоночных автомобилей или катеров. Разумеется, срок службы батареи при работе в подобном режиме существенно сокращается. Фанаты телеуправляемых игрушек хорошо все это осознают и готовы платить соответствующую цену за свое увлечение.
Производители дронов заинтересованы в батареях с максимальной удельной энергией (энергией, накапливаемой на единицу веса батареи), и сделали выбор в пользу элементов Energy Cell. Производители, нуждающиеся в батареях с долгим сроком службы, выбирают элементы Power Cell умеренной емкости.
Допустимая глубина разряда батареи
Свинцово-кислотные аккумуляторы допускают разряд до напряжения 1,75 В на ячейку, никелевые до 1,0 В, а большинство литий-ионных до 3,0 В. При разряде до указанных напряжений аккумуляторная ячейка отдает 95% запасенной энергии, и при продолжении разряда напряжение будет очень быстро спадать. Для предохранения батареи от глубокого разряда, большинство устройств прекращает работу при падении напряжения батареи ниже напряжения конца разряда.
На сегодняшний день, самые развитые аккумуляторы это литий ионные аккумуляторы используемые повсеместно. Такие аккумуляторы используются как в последних поколениях электромобилей так и в современных смартфонах. Среди литий ионных аккумуляторов, самый распространенный, развитый, форм-фактор 18650. Батареи автомобиля Тесла состоят именно из таких пальчиковых аккумуляторов, в карманных фонариках также распространен данный тип аккумуляторов.
При снятии нагрузки после разряда, напряжение исправной батареи быстро восстанавливается на уровне номинального напряжения. Это напряжение определяется разницей электрохимических потенциалов металлических электродов аккумуляторов, и устанавливается даже при полностью разряженной батарее. Восстановления напряжения не будет, если идет саморазряд батареи либо присутствует паразитная электрическая нагрузка.
При разряде батареи большим током, например, при сверлении электрической дрелью отверстия в бетоне, напряжение батареи под нагрузкой падает, и порог напряжение отключения зачастую устанавливается низким, чтобы исключить внезапное выключение инструмента в ходе работы. Напряжение отключения также должно быть снижено при разряде в условиях низких температур, поскольку в этих условиях напряжение падает, а внутреннее сопротивление батареи возрастает. В таблице ниже приведены типичные напряжения конца разряда на одну ячейку батарей различной конструкции.
|
Конец разряда
|
Литий-ионный
Apple использует именно такие аккумуляторы
|
Литий-фосфатные
|
Свинцово-кислотные
|
NiCd/NiMH
|
|
Номинальное напряжение
|
3,60 В
|
3,20 В
|
2,00 В
|
1,20 В
|
|
Нормальная нагрузка
|
3,0-3,3 В
|
2,70 В
|
1,75 В
|
1,00 В
|
|
Тяжелая нагрузка или низкая температура
|
2,70 В
|
2,45 В
|
1,40 В
|
0,90 В
|
Перезаряд свинцово-кислотной батареи приводит к образованию сернистого водорода, или сероводорода – бесцветного, ядовитого и огнеопасного газа, с характерным запахом тухлых яиц. Сероводород также образуется при разложении органических материалов в болотах и канализационных сетях, он входит в состав вулканических газов и природного газа. Сероводород тяжелее воздуха, и накапливается в нижней части плохо вентилируемых помещений. Газ резко пахнет лишь в начале своего накопления в помещении, со временем чувства людей притупляются, и они не чувствуют его присутствия.
Что такое цикл разряда
Под циклом разряда/заряда обычно понимается полный разряд заряженной батареи с последующим повторным зарядом, но подобный цикл не всегда соблюдается. Батареи редко разряжаются полностью, и производители часто указывают емкость батареи при разряде ее лишь на 80%. Это означает, что нагрузка потребляет лишь 80% доступной энергии, а 20% остается в резерве. Работа батареи в режиме неполного разряда увеличивает срок ее службы, и производители батарей уверяют, что подобный режим более естественен в реальных условиях работы батареи, чем режим полного разряда.
Стандартного определения цикла разряда не существует. Иногда учитывается вся емкость батареи, интеллектуальные, или «умные» батареи требуют после заряда разряда на 15%, и лишь с этого момента начинается отсчет цикла разряда. Батареи на искусственных спутниках Земли обычно разряжаются до 30-40% своей емкости, а затем батарея заряжается в наступлением на спутнике светового дня.
Новая батарея в электромобиле обычно заряжается лишь до 80% своей емкости, а разряжается до 30%. Эта полоса последовательно расширяется, по мере износа батареи, для обеспечения сохранения преодолеваемого электромобилем на одном заряде батареи расстояния. Исключение полного заряда и разряда батареи уменьшает жесткость режима ее работы.
Гибридный автомобиль использует лишь часть энергии батареи на время своего разгона, и она не успевает разрядиться полностью. Запуск автомобильного двигателя стартером разряжает батарею всего на 5%, и в автоиндустрии подобный режим разряда также называют циклом. Количество циклов имеет смысл подсчитывать исходя лишь из степени тяжести работы батареи.
Подсчет числа циклов разряда совершенно теряет смысл в некоторых режимах работы батарей. Примером может служить работа батарей в устройствах запасания электрической энергии. Подобные батареи входят в комплект оборудования ветроэлектростанций и солнечных электростанций, кратковременно поставляя энергию в случае необходимости в ней, и запасая при ее избытке. Интервалы времени между зарядом и разрядом могут исчисляться миллисекундами, типичный уровень заряда подобных батарей 40-60%. Вместо подсчета числа циклов, в данном случае для оценки степени износа батареи целесообразно использовать подсчет суммарного количества ампер-часов (или миллиампер-часов) зарядного и разрядного токов.
Инструкция по эксплуатации аккумуляторной батареи в iPhone доступна в статье Как эксплуатировать аккумулятор в iPhone.
