Материал: Источники питания РЭА

Водоактивируемые батареи. Основными системами таких ХИТ являются: магний-хлористое серебро; цинк-хлористое серебро; магний-хлори- стая медь. Одной из зарубежных фирм производящих резервные ХИТ системы магний-хлористое серебро является McMurdo Instruments. Данная фирма выпускает серию элементов и батарей Aquacells, которые активируются морской водой. Эти ХИТ широко применяются в качестве источника энергии для предупредительных огней, буев и маяков практически любых акваторий. Рассматриваемые ХИТ характеризуются большим сроком годности при соблюдении условия хранения в герметичной упаковке. После разгерметизации и заполнения водой они должны быть израсходованы в течение нескольких часов или дней.

Батарея L18A фирмы McMurdo Instruments предназначена для питания подводных прожекторов (103×35×25 мм, масса 95 г) и может обеспечивать ток 1 А при напряжении 4 В в течение 90 минут. Батарея L37 этой же фирмы (305×254×72 мм, масса 6,6 кг) служит для освещения аварийного люка подводной лодки и питания аварийных систем рабочим напряжением 24 В. Она может снабжать энергией две лампы напряжением 24 В и мощностью 36 Вт в течение восьми часов. Фирма McMurdo Instruments производит также серию батарей Aquacells, предназначенных для надувных спасательных плотов и спасательных жилетов.

Фирма SAFT выпускает различные водоактивируемые батареи на основе системы хлористое-серебро магний, хлористое-серебро цинк и хлористая медь-магний. Первая из этих систем обеспечивает удельную энергию по массе 30 – 120 по объему 40 – 250 Вт·ч / дм3 (2000 Вт / дм3). Рабочие температуры находятся в интервале от –20 до +60 ° С.

Фирма SAFT производит ХИТ данной системы напряжением 1 – 250 В. Элементы активируются при заполнении пресной или соленой водой и могут отдавать свою энергию в течение периодов времени от нескольких секунд до 20 дней. Эти батареи используются в маяках, торпедах, сигнальных звуковых устройствах, оборудовании шаров-зондов и др.

ХИТ на основе системы цинк-хлористое серебро, изготавливаемые фирмой SAFT, обеспечивают удельную энергию 15 – 60 Вт·ч / кг (удельная мощность 1000 Вт/кг) или 20 – 150 Вт·ч / дм3 (удельная мощность по объему 2400 Вт/дм3). Рабочий диапазон температур составляет от –30 до +60° С. Элементы активизируются путем заполнения пресной водой или морской водой. Они отличаются большими сроками годности при хранении в неактивированном состоянии, хорошими характеристиками и способностью отдавать энергию в течение длительного срока (до 300 дней) при малых скоростях разряда. Выпускаются батареи напряжением от 1 до 50 В. Их применяют для питания оборудования на воздушных шарах и океанографических буях, аппаратуры связи и устройств военного назначения.

ХИТ на основе системы магний-хлористая медь обеспечивают удельную энергию 20 – 80 Вт·ч/кг (18 – 150 Вт·ч/дм3). Они работают в интервале температур от –20 до +60° С и обеспечивают мощность до 50 Вт. Фирма SAFT выпускает батареи напряжением 1 – 100 В. Элементы активируются при заполнении пресной или морской водой. Продолжительность разряда лежит в диапазоне от нескольких секунд до десятков часов. Батареи данного типа используются в аппаратуре шаров-зондов, на маяках и океанографическом оборудовании.

Аммиачные резервные батареи. Находят ограниченное применение. Одной из фирм выпускающих такие ХИТ является Honeywell. Как утверждают специалисты данной фирмы, значительно сократились исследования в области разработки аммиачных резервных ХИТ в связи с широким использованием батарей на основе лития.

Резервные батареи на основе аммиака в ряде случаев имеют преимущества перед батареями аналогичного назначения на основе лития. Они хороши когда при малой продолжительности работы требуются большие токи, длительный срок годности, интервал рабочих температур от –54 до +74° С. Аммиачная резервная батарея G2695 фирмы Honeywell предназначена для обеспечения разрядного тока 500 мА в течение 10 минут при напряжении около 7,5В. Она используется для питания таймера типа ХМ-811 ракеты Lance.

4.2 Аккумуляторы

В соответствии с принятой в технической литературе терминологией аккумуляторы и аккумуляторные батареи относятся к вторичным ХИТ, предназначенным для производства электрической энергии. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи отдают во внешнюю электрическую цепь энергию, запасенную в процессе заряда. Их использование для питания радиоаппаратуры в ряде случаев более целесообразно, чем использование гальванических элементов и батарей.

Аккумуляторы допускают многократный заряд и разряд. При зарядке аккумулятора его положительный полюс подключается к положительному полюсу зарядного устройства. Заряд аккумулятора осуществляется током, идущим в направлении, обратном току разряда.

Наиболее широкое распространение получили следующие типы аккумуляторов: кислотные, щелочные, серебряно-цинковые, герметичные ни- кель-кадмиевые и никель-металлгидридные.

Кислотные аккумуляторы. Характеризуются следующими параметрами:

-ЭДС заряженного аккумулятора 2,6 – 2,8 В;

-ЭДС разряженного аккумулятора 1,7 – 1,8 В;

-КПД до 80%;

-срок службы (количество циклов заряд-разряд) 300 – 800;

-саморазряд в сутки 1 – 2%.

Кислотные аккумуляторы получили широкое распространение для питания электрооборудования автотранспорта (в этом случае они используются как стартерные) и для питания радио и телефонной аппаратуры. Выпускаются герметичные аккумуляторы, использующиеся, главным образом, в переносной радиоаппаратуре.

При эксплуатации кислотных аккумуляторов необходимо иметь в виду их чувствительность к перезарядам и недозарядам, следствием которых является постепенное разрушение активной массы пластин. Разряд кислотного аккумулятора, после того как напряжение на нем (или на каждом аккумуляторе батареи) достигает 1,8 В, прекращают.

Напряжение свежезаряженного аккумулятора равно 2,7 – 2,8 В. В самом начале разряда оно падает до 2 В и поддерживается на этом уровне большую часть времени разряда, а потом начинает постепенно уменьшаться.

Взависимости от назначения различают ряд типов кислотных (свинцовых) аккумуляторов. Для снабжения энергией стационарных устройств используют стационарные аккумуляторы, корпус которых выполняют часто из стекла или кислотоупорной пластмассы. Такие ХИТ характеризуются наибольшим сроком службы, который при правильной эксплуатации доходит до 1000 циклов.

Взависимости от требуемого напряжения и общей емкости стацио-

нарные аккумуляторы собирают в батареи путем последовательного и (или) параллельного соединения.

Запуск автомобильных и тракторных двигателей и питание бортового электрооборудования осуществляется от так называемых стартерных аккумуляторов.

Стартерные аккумуляторные батареи для автомобилей, тракторов, автобусов, гусеничных машин и моторных катеров имеют напряжение 6 или 12 В. Корпус стартерных аккумуляторов выполняют обычно из эбонита или твердой пластмассы, герметично заливая сверху специальной массой.

Срок службы стартерных аккумуляторов превышает 100 циклов за- ряд-разряд. По времени эксплуатации автомобиля это соответствует примерно 600 ч. Некоторое представление о возможностях и характеристиках стационарных и стартерных аккумуляторных батарей дает табл.4.13.

Специально для питания РЭА выпускают радиоанодные и радионакальные аккумуляторы. Собирают их в эбонитовых ящиках.

Как следует из данных табл.4.13, отдаваемая аккумулятором емкость зависит от величины разрядного тока (сравни с ХИТ системы Лекланше). Для стартерных аккумуляторных батарей на 6 В (3СТ) и 12 В (6СТ) в табл.4.13 приведены значения максимального (пикового) тока, который они способны отдавать в течение нескольких секунд.

Таблица 4.13. Технические характеристики кислотных аккумуляторных батарей

Щелочные аккумуляторы. Наряду с кислотными аккумуляторами широкое распространение получили щелочные аккумуляторы, где электролитом служит едкий кали или едкий натр, а электродами являются железные никелированные рамки, удерживающие пакеты с активной массой. В положительных пластинах кадмиево-никелевых аккумуляторов активной массой является гидрат окиси никеля в смеси с графитом, в отрицательных – кадмий и окись железа. Активная масса железо-никелевых аккумуляторов не содержит кадмия и имеет несколько иной состав.

Основные параметры щелочных аккумуляторов следующие:

-ЭДС заряженного аккумулятора 1,75 – 1,8 В;

-ЭДС разряженного аккумулятора 0,8 – 1,0 В;

-КПД до 60%;

-срок службы (количество циклов заряд-разряд) 500 – 1000;

-саморазряд в сутки 1,5%.

Свежезаряженный щелочной аккумулятор дает напряжение около 1,7 – 1,8 В. После прекращения заряда это напряжение даже без подключения нагрузки быстро падает до 1,4 – 1,45 В. Под нагрузкой напряжение каждого аккумулятора равно 1,2 В. В конце разряда напряжение падает до 1 – 0,95 В. Это говорит о том, что емкость аккумулятора израсходована и его требуется заряжать снова.

Щелочные аккумуляторы по сравнению с кислотными обладают рядом преимуществ. Они имеют меньшую массу, не боятся вибраций и толчков, не портятся от кратковременных коротких замыканий и от больших зарядных и разрядных токов, могут оставаться долгое время незаряженными. Однако они дороже свинцовых, дают значительно меньшее напряжение на каждый аккумулятор и имеют меньший КПД.

Герметичные щелочные аккумуляторы. Наибольшее распростра-

нение в малогабаритной аппаратуре получили никель-кадмиевые и ни- кель-металлгидридные герметичные аккумуляторы. Они изготавливаются двух типов: дисковые и цилиндрические. Могут иметь два вида электродов: ламельные и безламельные. Дисковые аккумуляторы применяются в малогабаритной приемно-передающей аппаратуре, слуховых аппаратах, микрокалькуляторах, игрушках, электрофонарях и др. Цилиндрические аккумуляторы дешевы, имеют значительные сроки службы и сохранность, хорошо переносят ударные нагрузки. Все это определяет их широкое применение в медицинской, полевой, геофизической и других видов РЭА.

Основные параметры герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов:

-ЭДС заряженного аккумулятора1,48 – 1,5 В;

-ЭДС разряженного аккумулятора 0,7 – 1,0 В;

-КПД 50 – 60%;

-срок службы (количество циклов заряд-разряд) до 1000;

-разрядный ток – в широких пределах;

-допускается перезаряд и недозаряд.

Безламельные кадмиево-никеливые аккумуляторы имеют малое внутреннее сопротивление и могут работать в стартерных режимах. Сохраняют устойчивую работоспособность в условиях низких температур и при воздействии вибраций и ударов.

Напряжение одного заряженного никель-кадмиевого аккумулятора равно 1,3 В, разряженного – 1 В. Емкость аккумулятора при напряжении 1 В, как правило, израсходована не полностью, однако разряжать его дальше не следует. Глубокий разряд никель-кадмиевого аккумулятора (до напряжения 0,4 – 0,5 В) производят только в профилактических или «лечебных» целях. Дело в том, что в процессе эксплуатации никель-кадмие- вого аккумулятора происходит постепенное увеличение размера зерен активной массы, следствием которого является снижение рабочей емкости а, в перспективе – выход из строя аккумулятора по причине разрушения межэлектродного сепаратора и катастрофического увеличения утечки (эффект памяти). Увеличение размера зерен активной массы происходит тогда, когда аккумулятор попадает в зарядное устройство будучи не полностью разряженным. Это необходимо учитывать при эксплуатации никелькадмиевых аккумуляторов и батарей. Для снятия эффекта памяти используют глубокий разряд, в процессе которого происходит уменьшение размера зерен активной массы и восстановление емкости аккумулятора. Таким образом, глубокий периодический разряд является лечебно-профилак-