Baterie ( fr. batterie ) - dva nebo více elektrických prvků zapojených paralelně nebo sériově . Obvykle se tímto pojmem rozumí připojení elektrochemických zdrojů elektřiny / elektrického proudu ( galvanické články , baterie , palivové články ).
V elektrotechnice se k baterii připojují zdroje energie (galvanické články, baterie), termočlánky nebo fotočlánky za účelem získání napětí odebraného z baterie (při sériovém zapojení), síly proudu nebo kapacity (při paralelním zapojení), vytvořený zdroj je větší, než může poskytnout jeden prvek.
Za předchůdce baterie sériově zapojených elektrochemických článků lze považovat voltaický sloupec , vynalezený Alessandrem Voltou v roce 1800, sestávající ze sériově zapojených měděno-zinkových galvanických článků.
Baterii se v běžném životě obvykle ne zcela správně říká jednotlivé galvanické články (například typ AA ), které se připojují k baterii v bateriových přihrádkách různých zařízení pro získání potřebného napětí.
Baterie se také nazývá obvod obsahující pouze pasivní elektrické prvky: rezistory (pro zvýšení rozptýleného výkonu nebo změnu odporu), kondenzátory (pro zvýšení kapacity nebo zvýšení provozního napětí), změny kapacity. Taková zařízení vybavená spínacími prvky - spínači, zásuvky atd. se často nazývají zásobníky ( odporový zásobník , kapacitní zásobník ).
| Mezinárodní univerzální kódy pro recyklaci baterií a akumulátorů | |
Nabíjecí baterie je konstrukčně vytvořena zpravidla v jediném pouzdře, ve kterém je několik elektricky spojených bateriových článků. Obvykle jsou 2 kontakty vyvedeny na vnější stranu pouzdra pro připojení k nabíječce a/nebo spotřebnímu obvodu. Baterie může mít také pomocná zařízení, která zajišťují účinnost a bezpečnost jejího provozu: teplotní senzory, elektronická ochranná zařízení jak pro články baterie, které tvoří baterii, tak pro baterii jako celek (například pro lithium-iontovou baterii ) . Jako zdroj stejnosměrného proudu se používá akumulátor a baterie galvanických článků .
Baterie v podstatě znamenají zdroj chemického proudu, ale existují články a baterie založené na jiných fyzikálních principech. Například jaderné baterie na beta rozpadu (takzvané beta-voltaické baterie) [1] [2] .
Nejčastěji jsou elektrochemické články v baterii zapojeny do série . Napětí jednotlivého článku je dáno materiálem jeho elektrod a složením elektrolytu a nelze jej měnit. Zapojením několika článků do série se zvýší výstupní napětí baterie a celkové napětí baterie v sériovém zapojení se rovná součtu napětí všech článků. Maximální výstupní proud sériové baterie nepřekračuje proud samotného slaboproudého prvku.
Nevýhodou sériového zapojení je nerovnoměrné vybíjení a nabíjení heterogenními prvky obsaženými v baterii, při elementárním zapojení do nabíjecího/vybíjecího obvodu jsou kapacitnější články nedobité a méně kapacitní přebité. U některých typů baterií, například lithiových, vede nadměrné vybití k jejich selhání. Proto jsou lithiové baterie obvykle vybaveny vestavěnou nebo externí elektronikou pro optimalizaci vybíjení. Podobné problémy vznikají při nabíjení baterie z dobíjecích článků. Protože v sériovém zapojení je elektrický náboj protékající každým prvkem stejný, vede to k přebíjení méně kapacitních prvků a podbíjení kapacitnějších. Kapacita dokonce stejného typu článků se mírně liší v důsledku nevyhnutelných technologických změn a může se výrazně lišit po několika cyklech nabíjení / vybíjení. Moderní baterie jsou proto obvykle vybaveny elektronickými obvody pro optimalizaci nabíjení.
Příkladem sériově zapojené baterie je jakákoliv automobilová baterie obsahující 6 nebo 12 článků.
8,4 V Ni-MH baterie velikosti 7HR22 ("Krona") ze 7 sériově zapojených miniaturních Ni-MH baterií 1,2 V
9V alkalická baterie, velikost 6F100, 6 x 1,5V ploché články zapojené do série
6V alkalická baterie, velikost 4LR44, sestávající ze 4 miniaturních elektrochemických článků LR44 1,5 V zapojených do série
12V alkalická baterie, velikost A23 , skládající se z 8 miniaturních elektrochemických článků LR932 1,5 V zapojených do série
14,4V šroubováková baterie 12 válcových sériově zapojených Ni-Cd baterií 1,2 V
Zařízení 12voltové autobaterie ze 6 sériově zapojených olověných baterií 2V
Paralelní zapojení elektrochemických článků v baterii zvyšuje celkovou kapacitu baterie, zvyšuje maximální výstupní proud a snižuje její vnitřní odpor . Paralelní připojení má řadu nevýhod. Když EMF paralelně zapojených prvků není stejné, začnou mezi prvky protékat vyrovnávací proudy, zatímco prvky s větším EMF dávají proud prvkům s nižším EMF. U dobíjecích baterií není takový tok proudů příliš významný, protože články s vyšším EMF se při vybití nabíjejí články s nižším EMF. U nebateriových vede tok cirkulujících proudů ke snížení kapacity baterie. Při paralelním zapojení článků se navíc zkomplikuje režim nabíjení akumulátoru, protože obvykle vyžaduje samostatné nabíjení každého z článků a přepínání článků během nabíjení, což komplikuje vnitřní nebo vnější elektronické řízení nabíjení. obvod. Proto se paralelní zapojení článků baterie používá jen zřídka, přednostně se používají články s větší kapacitou.
Baterie elektrického autobusu
Záložní baterie pro datová centra
Nejběžnější velikosti baterií [3] jsou:
| Nomenklatura IEC JIS | sovětský | Formulář | Rozměry ( d × š ( ⌀ ) × t ), mm | Napětí, V | Každodenní život. titul |
|---|---|---|---|---|---|
| 6LR61/6F22 | Koruna | Rovnoběžné | 48,5×26,5×17,5 | 9 | "koruna" |
| 3R12 | 3336 | Rovnoběžné | 67×62×22 | 4.5 | "byt" |
| A23 (8LR932) | — | Válec | 28,9×10,3 | 12 | |
| A27 (8LR732) | — | Válec | 28,2×8 | 12 | |
| 2R10 | — | Válec | 74,6×21,8 | 3 | |
| 2CR5 | — | Rovnoběžné | 45×34×17 | 6 | |
| 4LR44 | — | Válec | 25×12 | 6 | |
| 4LR61 | — | Rovnoběžné | 48,5×35,6×9,18 | 6 | |
| 4R25 | — | Rovnoběžné | 115×68,2×68,2 | 6 | |
| 6F100 | — | Rovnoběžné | 80×64,5×51 | 9 | |
| 15F20 | — | Rovnoběžné | 51×26,2×16 | 22.5 |
Baterie 6F22 se skládá ze 6 plochých baterií F22 1,5V
Baterie 6LR61 se skládá z 6 válcových baterií 1,5 V LR61
Baterie 15F20 se skládá z 15 baterií F20 1,5 V
Baterie 15F20 má vnější a strukturální podobnost s 6F22, ale liší se velikostí, napětím a umístěním kontaktů na opačných koncích.
2CR5
Baterie 4LR61 se skládá ze 4 válcových baterií LR61 1,5V
Baterie 4R25
| Typ | Výhody | Nedostatky |
|---|---|---|
| Suché ("sůl", uhlí-zinek ) |
Nejlevnější, sériově vyráběné. | Nejmenší kapacita; klesající výbojová křivka; špatné při práci se silnými zátěžemi (vysoký proud); špatné při nízkých teplotách. |
| Heavy Duty ("výkonný" suchý prvek, chlorid zinečnatý) |
Levnější než alkalické. Lepší při vysokém proudu a nízkých teplotách. | Nízká kapacita. Klesající vybíjecí křivka. |
| Alkalický ("Alcaline", alkalicko-manganový ) |
Průměrná cena. Lepší než předchozí při vysokém proudu a nízkých teplotách. Při vybíjení si udržuje nízkou hodnotu impedance. Široce vyráběné. | Klesající vybíjecí křivka. |
| Rtuť | Konstantní napětí, vysoká energetická náročnost a hustota energie. | Vysoká cena. Kvůli škodlivosti rtuti se již téměř nevyrábějí. |
| stříbrný | Vysoká kapacita. Plochá vybíjecí křivka. Dobré při vysokých a nízkých teplotách. Výborná skladovatelnost. | Drahý. |
| Lithium | Nejvyšší kapacita na jednotku hmotnosti. Plochá vybíjecí křivka. Vynikající při nízkých a vysokých teplotách. Extrémně dlouhá doba skladování. Vysoké napětí na článek (3,5-4,2 V pro dobíjecí baterie; 1,5 nebo 3,0 V pro lithiové baterie ). Světlo. | Drahý. |
| Typ | Popis | Výhody | Nedostatky |
|---|---|---|---|
| Hlavní | Galvanické prvky . Reakce, které v nich probíhají, jsou nevratné, nelze je tedy dobít. Obvykle se jim říká slovo „baterie“. Pokus o nabití primární baterie může poškodit a vytéct louh nebo jiné látky v ní obsažené. Nejoblíbenější. | Vyšší kapacita a/nebo levnější. Méně samovybíjení. | Jednorázové použití. |
| Sekundární | Baterie . Na rozdíl od primárních jsou reakce v nich vratné, takže jsou schopny přeměnit elektrickou energii na energii chemickou, akumulovat ji ( náboj ) a provést zpětnou přeměnu, čímž předávají elektrickou energii spotřebiteli ( výboj ). U běžných baterií je počet cyklů nabití a vybití obvykle kolem 1000 a závisí výrazně na provozních podmínkách. | Vícenásobné použití, dobíjecí. | Nižší kapacita a/nebo dražší. Silnější samovybíjení. |
Solné a alkalické baterie (zinkovo-manganové baterie) se v každodenním životě používají doslova všude - v dálkových ovladačích , v bezdrátových myších a klávesnicích, v budíkách atd. Jejich likvidace a další zpracování je důležité nejen z hlediska ekologie (ležící na skládce se mohou samy vznítit, a tím dojde k uvolnění toxických látek - dioxinů do atmosféry), ale také získávání cenných surovin ( mangan (který např. v Rusku nevyrábějí v kovové formě) a zinek ). Nyní (2020) je v Ruské federaci nahromaděna asi miliarda takových baterií , ale ne více než 3 % jsou recyklována [4] . V evropských zemích jsou v obchodech (supermarketech) všude nádoby na sběr potenciálně toxického odpadu (baterie, CFL lampy atd.).
| Oblíbené velikosti elektrochemických článků a baterií | ||
|---|---|---|