배터리 작동 및 작동 방식

기술에서 가장 넓은 의미에서 "배터리"라는 용어는 특정 작동 조건에서 특정 유형의 에너지를 축적하고 다른 경우에는 인간의 필요에 따라 사용할 수 있는 장치를 의미합니다.

일정 시간 동안 에너지를 모아서 대규모 노동 집약적 공정을 수행하는 데 사용됩니다. 예를 들어 수문에 사용되는 수압 축압기는 선박이 강바닥에서 새로운 수준으로 올라갈 수 있도록 합니다.

전기 배터리는 동일한 원리로 전기와 함께 작동합니다. 먼저 외부 충전 소스에서 전기를 축적(축적)한 다음 연결된 소비자에게 제공하여 작업을 수행합니다. 본질적으로 이들은 주기적인 방전 및 충전 주기를 반복적으로 수행할 수 있는 화학적 전류원에 속합니다.

작동 중에 전극판의 구성 요소와 충전 물질인 전해질 사이에서 화학 반응이 지속적으로 발생합니다.

배터리 장치의 개략도는 전기 접점을 제공하기 위해 와이어가 있는 서로 다른 금속의 두 판을 용기 본체에 삽입할 때 단순화된 도면으로 나타낼 수 있습니다. 플레이트 사이에 전해질이 부어집니다.

방전 시 배터리 작동

전구와 같은 부하가 전극에 연결되면 방전 전류가 흐르는 폐쇄 전기 회로가 생성됩니다. 금속 부분의 전자와 전해질의 양이온과 음이온의 이동에 의해 형성됩니다.

이 프로세스는 일반적으로 니켈-카드뮴 전극 디자인으로 다이어그램에 표시됩니다.

여기서 전기전도도를 높이는 산화니켈과 흑연첨가물을 양극재로 사용한다. 음극의 금속은 스폰지 카드뮴입니다.

방전하는 동안 니켈 산화물의 활성 산소 입자가 전해질로 방출되어 카드뮴이 산화되는 음극판으로 향합니다.

충전 시 배터리 성능

부하가 꺼지면 소스와 소비자의 플러스 및 마이너스 단자가 일치할 때 동일한 극성의 충전된 배터리보다 더 큰 값의 일정한(특정 상황에서 맥동하는) 전압이 플레이트 단자에 적용됩니다. .

충전기는 항상 더 많은 전력을 가지고 있어 배터리의 잔류 에너지를 "억제"하고 방전 반대 방향으로 전류를 생성합니다. 결과적으로 전극과 전해질 사이의 내부 화학 공정이 변경됩니다. 예를 들어, 니켈-카드뮴 판 상자에서 양극은 산소가 풍부하고 음극은 순수한 카드뮴 상태입니다.

배터리가 방전 및 충전되면 플레이트(전극) 재료의 화학적 조성이 변경되지만 전해질은 변경되지 않습니다.

배터리 연결 방법

병렬 연결

사람이 견딜 수 있는 방전 전류의 양은 여러 요인에 따라 다르지만 주로 디자인, 사용된 재료 및 크기에 따라 다릅니다. 전극의 판 면적이 클수록 견딜 수있는 전류가 커집니다.

이 원리는 부하에 대한 전류를 증가시켜야 할 때 배터리에서 같은 유형의 셀을 병렬로 연결하는 데 사용되지만 이러한 설계를 충전하려면 소스의 전력을 증가시켜야 합니다. 이 방법은 이제 필요한 배터리를 즉시 구입하는 것이 훨씬 쉽기 때문에 기성품 구조에는 거의 사용되지 않습니다. 그러나 산성 배터리 제조업체는 이를 사용하여 서로 다른 플레이트를 단일 블록으로 연결합니다.

직렬 연결

사용되는 재료에 따라 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 전지의 두 전극판 사이에 1.2/1.5 또는 2.0볼트의 전압이 생성될 수 있습니다. (실제로 이 범위는 훨씬 더 넓습니다.) 분명히 많은 전기 장치에 충분하지 않습니다. 따라서 같은 종류의 배터리를 직렬로 연결하여 한 케이스에 연결하는 경우가 많습니다.

이러한 디자인의 예는 황산 및 납 전극판을 기반으로 한 광범위한 자동차 개발입니다.

일반적으로 사람들, 특히 운송 운전자 사이에서 구성 요소 인 상자의 수에 관계없이 모든 장치를 배터리라고 부르는 것이 일반적입니다. 그러나 이것은 완전히 정확하지 않습니다.직렬로 연결된 여러 개의 상자로 조립된 구조는 이미 «АКБ»라는 축약형 이름이 부착된 배터리입니다... 내부 구조는 그림에 나와 있습니다.

각각의 병은 양극 및 음극용 플레이트 세트가 있는 두 개의 블록으로 구성됩니다. 블록은 전해질을 통한 안정적인 갈바닉 연결 가능성과 함께 금속 접촉 없이 서로 맞물립니다.

이 경우 접촉판에는 추가 그리드가 있으며 분리판에 의해 서로 분리됩니다.

플레이트를 블록에 연결하면 작업 영역이 증가하고 전체 구조의 총 저항이 감소하며 연결된 부하의 전력을 증가시킬 수 있습니다.

상자 외부에는 이러한 배터리에 아래 그림과 같은 요소가 있습니다.

견고한 플라스틱 하우징이 덮개로 밀봉되어 있고 자동차의 전기 회로에 연결하기 위해 상단에 두 개의 단자(일반적으로 원뿔 모양)가 장착되어 있음을 보여줍니다. 단자에 극성 표시가 찍혀 있습니다: «+» 및 «-«. 일반적으로 양극 단자는 배선 오류를 방지하기 위해 음극 단자보다 약간 더 큰 직경을 가지고 있습니다.

서비스 가능한 배터리에는 작동 중에 전해액 수준을 제어하거나 증류수를 추가할 수 있도록 각 용기 상단에 필러 구멍이 있습니다. 플러그가 나사로 조여져 케이스의 내부 공동을 오염으로부터 보호하는 동시에 배터리를 기울일 때 전해액이 쏟아지는 것을 방지합니다.

강력한 충전으로 전해질의 가스 발생이 가능하고 (이 과정은 집중 운전 중에 가능) 플러그에 구멍을 뚫어 상자 내부의 압력이 증가하는 것을 방지합니다.산소와 수소, 전해질 증기가 이들을 통해 배출됩니다. 과도한 충전 전류와 관련된 이러한 상황을 피하는 것이 좋습니다.

같은 그림은 뱅크 사이의 요소 연결과 전극판 배열을 보여줍니다.

자동차 스타터 배터리(납산)는 이중 황산화 원리로 작동합니다. 방전 / 충전 중에 전해질 (황산)에서 물의 방출 / 흡수와 함께 전극의 활성 물질의 화학적 조성의 변화와 함께 전기 화학 공정이 발생합니다.

이것은 충전시 전해질의 비중 증가와 배터리 방전시 감소를 설명합니다. 즉, 밀도 값을 통해 배터리의 전기적 상태를 평가할 수 있습니다. 이를 측정하기 위해 자동차 비중계라는 특수 장치가 사용됩니다.

산성 배터리의 전해질의 일부인 증류수는 영하의 온도에서 고체 상태인 얼음으로 변하므로 추운 날씨에 자동차 배터리가 동결되는 것을 방지하기 위해 규칙에 제공된 특별한 조치를 적용할 필요가 있습니다. 착취를 위해.

어떤 종류의 배터리가 있습니까?

다양한 목적을 위한 현대적인 생산은 전극과 전해질의 구성이 다른 30개 이상의 제품을 생산합니다. 12개의 알려진 모델은 리튬에서만 작동합니다.

다음은 전극 금속으로 찾을 수 있습니다.

• 선두;

• 철;

• 리튬;

• 티탄;

• 코발트;

• 카드뮴;

• 니켈;

• 아연;

• 은;

• 바나듐;

• 알류미늄

• 다른 항목.

이는 전기 출력 특성과 애플리케이션에 영향을 미칩니다.

전기 스타터 모터에 의한 내연기관의 크랭크축 회전으로 인한 단기 고부하를 견딜 수 있는 능력은 납산 배터리의 특징입니다. 그들은 운송, 무정전 전원 공급 장치 및 비상 전원 시스템에 널리 사용됩니다.

기준 갈바니 전지 (일반 배터리)는 일반적으로 니켈-카드뮴, 니켈-아연 및 니켈-금속 수소화물 배터리로 대체됩니다.

그러나 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 설계는 모바일 및 컴퓨팅 장치, 건설 도구, 심지어 전기 자동차에서도 안정적으로 작동합니다.

사용되는 전해질 유형에 따라 배터리는 다음과 같습니다.

• 시큼한

• 알칼리성.

목적에 따라 배터리의 분류가 있습니다. 예를 들어, 현대적인 상황에서는 다른 소스를 충전하는 에너지 전송에 사용되는 장치가 등장했습니다. 소위 외부 배터리는 교류 전기 네트워크가 없을 때 많은 모바일 장치의 소유자를 돕습니다. 태블릿, 스마트폰, 휴대폰을 반복해서 충전할 수 있습니다.

이 모든 배터리는 동일한 작동 원리와 유사한 장치를 가지고 있습니다. 예를 들어, 아래 그림에 표시된 리튬 이온 핑거 모델은 앞서 논의한 산성 배터리의 설계를 여러 면에서 반복합니다.

여기에서 동일한 접촉 전극, 플레이트, 분리기 및 하우징을 볼 수 있습니다. 다른 작업 조건을 고려하여 만들어집니다.

배터리의 기본 전기적 특성

장치 작동은 매개변수의 영향을 받습니다.

• 용량;

• 에너지 밀도;

• 자가 방전;

• 온도 체제.

용량은 배터리의 최대 충전량이라고 하며, 방전 중에 가장 낮은 전압으로 충전할 수 있습니다. 펜던트(SI 시스템) 및 암페어-시(비시스템 단위)로 표현됩니다.

용량의 한 유형으로 «에너지 용량»이 있으며 이는 최소 허용 전압으로 방전하는 동안 방출되는 에너지를 결정합니다. 줄(SI) 및 와트시(비SI 단위)로 측정됩니다.

에너지 밀도는 배터리의 무게 또는 부피에 대한 에너지 양의 비율로 표시됩니다.

자체 방전은 단자에 부하가 없을 때 충전 후 용량 손실을 고려합니다. 이는 설계에 따라 다르며 여러 가지 이유로 전극 사이의 절연 파괴로 인해 악화됩니다.

작동 온도는 전기적 특성에 영향을 미치며 제조업체가 지정한 표준에서 크게 벗어나는 경우 배터리가 손상될 수 있습니다. 열과 추위는 용납되지 않으며 화학 반응 과정과 상자 내부 환경의 압력에 영향을 미칩니다.