Akku ( fr. batterie ) – kaksi tai useampi sähköelementti , jotka on kytketty rinnan tai sarjaan . Yleensä tämä termi viittaa sähkökemiallisten sähkö- / sähkövirran lähteiden ( galvaanikennojen , akkujen , polttokennojen ) kytkemiseen.
Sähkötekniikassa virtalähteet (galvaanikennot, akut), lämpöparit tai valokennot kytketään akkuun saadakseen akusta otetun jännitteen (sarjaan kytkettynä), virran voimakkuuden tai kapasiteetin (rinnakkais kytkettynä), muodostunut lähde on suurempi kuin yksi elementti voi antaa.
Sarjaan kytkettyjen sähkökemiallisten kennojen akun esi-isänä voidaan pitää Alessandro Voltan vuonna 1800 keksimää jännitepylvästä , joka koostuu sarjaan kytketyistä galvaanisista kupari-sinkkikennoista.
Akkua jokapäiväisessä elämässä ei yleensä kutsuta aivan oikein yksittäisiksi galvaanikennoiksi (esimerkiksi tyyppi AA ), jotka kytketään eri laitteiden akkutiloissa olevaan akkuun tarvittavan jännitteen saamiseksi.
Akkua kutsutaan myös piiriksi, joka sisältää vain passiivisia sähköelementtejä: vastukset (häviötehon lisäämiseksi tai vastuksen muuttamiseen), kondensaattoreita (kapasitanssin lisäämiseksi tai käyttöjännitteen lisäämiseksi), kapasitanssin muutoksia. Tällaisia kytkinelementeillä varustettuja laitteita - kytkimiä, pistorasioita jne. kutsutaan usein kaupoiksi ( vastusvarasto , kapasitanssivarasto ).
| Kansainväliset yleiskoodit paristojen ja akkujen kierrätykseen | |
Ladattava akku on rakenteellisesti toteutettu pääsääntöisesti yhdessä kotelossa, jossa on useita sähköisesti kytkettyjä akkukennoja. Yleensä 2 kosketinta tuodaan ulos kotelon ulkopuolelle liittämistä varten laturiin ja/tai kulutuspiiriin. Akussa voi olla myös apulaitteita, jotka varmistavat sen toiminnan tehokkuuden ja turvallisuuden: lämpöanturit, elektroniset suojalaitteet sekä akun muodostaville akkukennoille että koko akulle (esimerkiksi litiumioniakulle ) . Tasavirtalähteenä käytetään akkua ja galvaanisten kennojen akkua .
Pohjimmiltaan akut tarkoittavat kemiallista virtalähdettä, mutta on olemassa kennoja ja paristoja, jotka perustuvat muihin fysikaalisiin periaatteisiin. Esimerkiksi beetahajoavat ydinakut (ns. beta-voltaic-akut) [1] [2] .
Useimmiten akun sähkökemialliset kennot on kytketty sarjaan . Yksittäisen kennon jännite määräytyy sen elektrodien materiaalin ja elektrolyytin koostumuksen mukaan, eikä sitä voida muuttaa. Useiden kennojen kytkeminen sarjaan lisää akun lähtöjännitettä ja sarjakytkennän akun kokonaisjännite on yhtä suuri kuin kaikkien kennojen jännitteiden summa. Sarjapariston suurin lähtövirta ei ylitä itse pienvirtaelementin virtaa.
Sarjaliitännän haittana on epätasainen purkautuminen ja lataaminen akkuun sisältyvillä heterogeenisillä elementeillä, kun lataus-/purkauspiiriin on sisällytetty elementti, tilavammat kennot alipurkautuvat ja vähemmän kapasiteetit ylipurkautuvat. Joidenkin akkutyyppien, kuten litium-akkujen, ylipurkaus johtaa niiden epäonnistumiseen. Siksi litiumakut on tyypillisesti varustettu sisäänrakennetulla tai ulkoisella purkauksen optimoinnin ohjauselektroniikalla. Samanlaisia ongelmia ilmenee ladattaessa ladattavien kennojen akkua. Koska sarjakytkennässä kunkin elementin läpi virtaava sähkövaraus on yhtä suuri, johtaa tämä vähemmän kapasiteettisten elementtien ylilataukseen ja suurempikapasiteettisten alilataukseen. Jopa samantyyppisten kennojen kapasiteetti vaihtelee hieman väistämättömän teknologisen vaihtelun vuoksi ja voi muuttua merkittävästi erilaiseksi useiden lataus-/purkausjaksojen jälkeen. Siksi nykyaikaiset akut on yleensä varustettu latausoptimointielektroniikkapiireillä.
Esimerkki sarjakytketystä akusta on mikä tahansa auton akku, jossa on 6 tai 12 kennoa.
8,4 voltin Ni-MH-akku, koko 7HR22 ("Krona") seitsemästä sarjaan kytketystä 1,2 V: n miniatyyri Ni-MH -akusta
9V alkaliparisto, koko 6F100, 6 x 1,5V litteä kenno kytketty sarjaan
6 voltin alkaliparisto, koko 4LR44, joka koostuu 4 sarjaan kytketystä miniatyyri LR44 1,5 V sähkökemiallisesta kennosta
12 voltin alkaliparisto, koko A23 , koostuu 8 sarjaan kytketystä miniatyyri LR932 1,5 V sähkökemiallisesta kennosta
14,4 voltin ruuvimeisselin akku , jossa on 12 sylinterimäistä sarjaan kytkettyä 1,2 V: n Ni-Cd-akkua
12 voltin auton akun laite 6 sarjaan kytketystä 2 V lyijyakusta
Sähkökemiallisten kennojen rinnakkaiskytkentä akussa lisää akun kokonaiskapasiteettia , lisää maksimilähtövirtaa ja pienentää sen sisäistä vastusta . Rinnakkaisliitännällä on useita haittoja. Kun rinnakkain kytkettyjen elementtien EMF ei ole yhtä suuri, tasausvirrat alkavat virrata elementtien välillä, kun taas elementit, joilla on suurempi EMF, antavat virran elementeille, joilla on pienempi EMF. Ladattavissa akuissa tällainen virtojen virtaus ei ole kovin merkittävää, koska korkeamman EMF:n omaavat kennot lataavat purkautuessaan kennoja pienemmällä EMF:llä. Muissa kuin akuissa kiertävien virtojen virtaus johtaa akun kapasiteetin laskuun. Lisäksi kun kennot kytketään rinnan, akun lataustilasta tulee monimutkaisempi, koska se vaatii yleensä jokaisen kennon erillisen latauksen ja kennojen vaihtamisen latauksen aikana, mikä vaikeuttaa sisäistä tai ulkoista elektronista latausohjausta. piiri. Siksi akkukennojen rinnakkaiskytkentää käytetään harvoin, mieluiten käytetään suuremman kapasiteetin omaavia kennoja.
Sähköbussin akut
Datakeskuksen varaparistot _
Yleisimmät akkukoot [3] ovat:
| IEC JIS -nimikkeistö | Neuvostoliiton | Lomake | Mitat ( l × leveys ( ⌀ ) × t ), mm | Jännite, V | Jokapäiväinen elämä. otsikko |
|---|---|---|---|---|---|
| 6LR61/6F22 | kruunu | Suuntaissärmiö | 48,5 × 26,5 × 17,5 | 9 | "kruunu" |
| 3R12 | 3336 | Suuntaissärmiö | 67×62×22 | 4.5 | "tasainen" |
| A23 (8LR932) | — | Sylinteri | 28,9 × 10,3 | 12 | |
| A27 (8LR732) | — | Sylinteri | 28,2 × 8 | 12 | |
| 2R10 | — | Sylinteri | 74,6 × 21,8 | 3 | |
| 2CR5 | — | Suuntaissärmiö | 45×34×17 | 6 | |
| 4LR44 | — | Sylinteri | 25×12 | 6 | |
| 4LR61 | — | Suuntaissärmiö | 48,5 × 35,6 × 9,18 | 6 | |
| 4R25 | — | Suuntaissärmiö | 115 × 68,2 × 68,2 | 6 | |
| 6F100 | — | Suuntaissärmiö | 80×64,5×51 | 9 | |
| 15F20 | — | Suuntaissärmiö | 51 × 26,2 × 16 | 22.5 |
6F22-akku koostuu 6 kpl F22 1,5V litteästä akusta
6LR61-akku koostuu kuudesta 1,5 V :n sylinterimäisestä LR61- paristosta
15F20 akku koostuu 15 F20 1,5 V akusta
15F20 akku on ulkoisesti ja rakenteellisesti samankaltainen kuin 6F22, mutta se eroaa koosta, jännitteestä ja vastakkaisten päiden koskettimien sijainnista
2CR5
4LR61-akku koostuu neljästä LR61 1,5 V:n sylinterimäisestä paristosta
Akku 4R25
| Tyyppi | Edut | Vikoja |
|---|---|---|
| Kuiva ("suola", hiili-sinkki ) |
Halvin, massatuotettu. | Pienin kapasiteetti; laskeva vastuuvapauskäyrä; huono työskennellä voimakkaiden kuormien kanssa (suuri virta); huono matalissa lämpötiloissa. |
| Heavy Duty ("tehokas" kuivaelementti, sinkkikloridi) |
Halvempi kuin alkalinen. Parempi korkealla virralla ja matalissa lämpötiloissa. | Pieni kapasiteetti. Laskeva purkauskäyrä. |
| Alkalinen ("alkalinen", alkali-mangaani ) |
Keskihinta. Parempi kuin aiemmat korkeassa virrassa ja matalissa lämpötiloissa. Purkaessaan se säilyttää alhaisen impedanssiarvon. Laajalti tuotettu. | Laskeva purkauskäyrä. |
| Merkurius | Vakiojännite, korkea energiaintensiteetti ja energiatiheys. | Korkea hinta. Elohopean haitallisuuden vuoksi niitä ei juuri valmisteta enää. |
| Hopea | Suuri kapasiteetti. Tasainen purkauskäyrä. Hyvä korkeissa ja matalissa lämpötiloissa. Erinomainen säilytysaika. | Kallis. |
| Litium | Suurin kapasiteetti massayksikköä kohden. Tasainen purkauskäyrä. Erinomainen matalissa ja korkeissa lämpötiloissa. Erittäin pitkä säilytysaika. Korkea jännite per kenno (3,5-4,2 V ladattaville akuille; 1,5 tai 3,0 V litiumakuille ). Kevyt. | Kallis. |
| Tyyppi | Kuvaus | Edut | Vikoja |
|---|---|---|---|
| Ensisijainen | Galvaaniset elementit . Niissä tapahtuvat reaktiot ovat peruuttamattomia, joten niitä ei voi ladata. Yleensä niitä kutsutaan sanaksi "akku". Pääakun lataaminen voi vahingoittaa ja vuotaa sen sisältämää lipeää tai muita aineita. Suosituin. | Suurempi kapasiteetti ja/tai halvempi. Vähemmän itsepurkautumista. | Kertakäyttöinen. |
| Toissijainen | Paristot . Toisin kuin primaarireaktiot, niissä tapahtuvat reaktiot ovat palautuvia, joten ne pystyvät muuttamaan sähköenergiaa kemialliseksi energiaksi, keräämään sen ( varaus ) ja suorittamaan käänteisen muunnoksen antaen sähköenergiaa kuluttajalle ( purkaus ). Tavallisilla akuilla lataus-purkausjaksojen lukumäärä on yleensä noin 1000 ja riippuu merkittävästi käyttöolosuhteista. | Monikäyttöinen, ladattava. | Pienempi kapasiteetti ja/tai kalliimpi. Vahvempi itsepurkaus. |
Suola- ja alkaliparistoja (sinkki-mangaaniparistoja) käytetään kirjaimellisesti kaikkialla jokapäiväisessä elämässä - kaukosäätimissä , langattomissa hiirissä ja näppäimistöissä, herätyskelloissa jne. Niiden hävittäminen ja jatkokäsittely on tärkeää paitsi ekologian kannalta (kaatopaikalla makaamalla ne voivat syttyä itsestään tuleen, mikä johtaa myrkyllisten aineiden - dioksiinien - vapautumiseen ilmakehään), vaan myös arvokkaiden raaka-aineiden ( mangaani (jota esimerkiksi Venäjällä ei tuota metallisessa muodossa) ja sinkki ) saaminen ). Nyt (2020-luvulla) Venäjän federaatiossa on kertynyt noin miljardi tällaisia akkuja , mutta enintään 3 prosenttia kierrätetään [4] . Euroopan maissa kaupoissa (supermarketeissa) kaikkialla on säiliöitä mahdollisesti myrkyllisten jätteiden (paristot, CFL-lamput jne.) keräämiseen.
| Sähkökemiallisten kennojen ja akkujen suositut koot | ||
|---|---|---|