Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Типы Литий-Ионных Аккумуляторов. Разбор

Типы Литий-Ионных Аккумуляторов. Разбор

Кажется, что прогресс стремительно движется вперед и только технология аккумуляторов стоит на месте. Вот уже 30 лет мы пользуемся литий-ионными аккумуляторами и ничего не меняется. Смартфоны хорошо, если доживают до конца дня.

Но на самом деле это впечатление совершенно обманчивое, ведь за аббревиатурой литий-ионный аккумулятор могут скрываться совершенно разные технологии, о которых вы никогда не слышали.

Уже давно есть аккумуляторы, которые живут в 7 раз дольше текущих, заряжаются в 10 раз быстрее и не боятся морозов в -30 градусов. И всё это тоже литий-ионные аккумуляторы.

Поэтому сегодня мы расскажем про шесть типов литий-ионных аккумуляторов и про те суперспособности, которыми они обладают.

Введение

Итак, все аккумуляторы состоят из отрицательно заряженного анода, положительного катода и электролита и из сепаратора, который разделяют эти два полюса.

Все эти элементы: катод, анод, электролит и сепаратор могут быть созданы из различных материалов, этим и различаются разные типы аккумуляторов.

Но какими бы ни были эти типы, всех их объединяет наличие ионов лития, которые путешествуют между катодом и анодом. Именно поэтому разные типы аккумуляторов всё равно называются литий-ионными. Подробнее о том, как всё устроено посмотрите в нашем материале о том, как заряжать смартфоны.

На текущий момент существует шесть распространенных типов литий-ионных аккумуляторов, которые в основном различают по материалу катода. Вот о них и поговорим.

LCO | Литий-кобальтовые с катодом LiCoO2

  • Энергоемкость 150-200 Вт·ч/кг
  • Скорость заряда 0.7-1С Max
  • Скорость разряда 1С Max
  • Срок жизни 500-1000 циклов
  • Температура (Max) 150℃

Начнем с типа аккумулятора, который вы лучше всего знаете, и скорее всего прямо сейчас держите в руках — это литий-кобальтовый аккумулятор или LCO.

Такие аккумуляторы содержат в себе графитовый анод и катод из оксида литий-кобальта.

И его суперспособность — высокая энергоемкость (до 200 Вт·ч/кг) и небольшой вес. Что позволяет делать компактные и ёмкие аккумуляторы. Поэтому именно LCO батареи стоят в 99% смартфонах, ноутбуках и прочих гаджетах, для которых важна компактность.

Но есть у литий-кобальтовых аккумуляторов и недостатки.

Во-первых, они очень нежные и небезопасные, что однажды доказал Samsung. Могут загореться от механических воздействий или при быстром заряде/разряде, а также вырубаются на морозе и перегреваются в жару.

Второй минус — долговечность. Их срок жизни всего 500-1000 циклов, и потери до 20% ёмкости.

А в-третьих, они дорогие. Дело в том, что кобальт достаточно редкое полезное ископаемое. 70% от мировых запасов кобальта добывается в Демократической Республике Конго (ДРК) и добывают его не самым этичным образом.

В итоге, кобальт обходится примерно в 2 раза дороже никеля, в 15 раз дороже алюминия и в 1000 раз дороже марганца.

Вот о марганце и поговорим дальше.

LMO | Литий-марганцево-оксидные с катодами LiMn2O4 и Li2MnO3

  • Энергоемкость 100-150 Вт·ч/кг
  • Скорость заряда 0.7-1С Typ, 3С Max
  • Скорость разряда 1С Typ, 10C Max, 30С Pulse
  • Срок жизни 300-700 циклов
  • Температура (Max) 250℃

Следующий тип аккумуляторов литий-марганцево-оксидные или LMO. У таких аккумуляторов ниже энергоемкость чем у LCO — всего 150 Вт·ч/кг против 200. Также у них меньше срок жизни: до 700 циклов против 1000.

Но есть и преимущества. Во-первых, такие аккумуляторы дешевле, так как марганец в 1000 раз дешевле кобальта.

А во-вторых, в таких батареях в катоде используется литий-марганцевая шпинель. Это такая трехмерная кристаллическая структура, которая по сравнению со слоистой кобальтовой структурой, позволяет ионам спокойно перемещаться по микроканалам, что существенно уменьшает внутреннее сопротивление и повышает отдаваемый ток.

Отсюда и суперспособность LMO аккумуляторов — МОЩНОСТЬ! Что это значит?

На секундочку вернёмся к LCO аккумуляторам.

LCO | Литий-кобальтовые с катодом LiCoO2
  • Энергоемкость 150-200 Вт·ч/кг
  • Скорость заряда 0.7-1С Max
  • Скорость разряда 1С Max
  • Срок жизни 500-1000 циклов
  • Температура (Max) 150℃

У них максимальная скорость заряда и разряда равна 1С, то есть одна полная ёмкость за один час. Всё, что быстрее уже проблема. Конечно, технологии быстрых зарядок позволят чуть сократить время заряда, но вот со скоростью разряда ничего не сделаешь.

А вот у LMO скорость заряда уже 3С, то есть в 3 раза быстрее. А ток разряда вообще в десять раз превышает его ёмкость, то есть «10C»!

Именно поэтому литий-марганцевые аккумуляторы применяются в требовательном к силе тока оборудовании. То есть везде, где нужно в короткий промежуток времени выдать большую мощность. Например в различном электроинструменте, всяких дрелях, шуруповертах или скажем в каком-нибудь мощном беспроводном пылесосе с циклонным двигателем как, например Philips 8000 Aqua.

Какой именно тип литий-ионного аккумулятора тут стоит, в Philips не указывают.

Но мы знаем что этот пылесос способен проработать до 80 минут в эко режиме и до 28 минут в режиме Турбо, а так мало кто умеет. Между прочем, это рекорд по времени для своей категории, так за полчаса легко можно 125 квадратных метров пропылесосить.

Иными словами, этот пылесос способен разряжать аккумулятор со скоростью 2С, которая не доступна для LCO батарей, но раз плюнуть для LMO. Кажется, мы раскрыли твои секреты, Philips 8000 Aqua. А значит продолжаем про аккумуляторы.

NMC | Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные с катодом LiNiMnCoO2

  • Энергоемкость 150-220 Вт·ч/кг
  • Скорость заряда 0.7-1С Max
  • Скорость разряда 1С Typ, 2C Max
  • Срок жизни 1000-2000 циклов
  • Температура (Max) 210℃

И вот у нас есть LCO аккумуляторы с высокой энергоемкостью, но низкой мощностью и LMO аккумуляторы, где всё наоборот. А есть ли такой аккумулятор, где было бы и то, и другое.

Есть! И это литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы или NMC. Его суперспособность сбалансированность.

  • Тут высокая энергоемкость 220 Вт·ч/кг, даже выше чем у LCO!
  • Огромный срок жизни от 1000 до 2000 циклов.
  • Обычная скорость заряд до 1С, но при этом скорость разряда 2С, что неплохо.
  • С рабочими температурами и безопасностью тут тоже всё в порядке, а стоимость примерно такая же что и LCO.

В общем — просто сказка!

А весь секрет тут в сочетании никеля и марганца. Никель известен своей высокой удельной энергией, но плохой стабильностью. Марганец же славен своим низким сопротивлением, благодаря структуре шпинели. А сочетание этих металлов усиливает сильные стороны друг друга.

Это как сочетание функции сухой и влажной уборки, которые усиливают Philips 8000 Aqua в наших с вами глазах.

Оба типа уборки можно делать одновременно благодаря уникальной насадке Aqua, она не боится ничего. Можно даже добавлять в резервуар с водой любимое моющее средство для дезинфекции пола, если у вас есть такое. Или нелюбимое, это неважно. В любом случае бактериям на полу это не понравится. Что-то меня понесло…

Но возвращаемся, к тому что нам нравится, а именно к NMC-аккумуляторам.

Благодаря таким классным характеристикам их устанавливают в большинство электромобилей, скутеров, велосипедов, в различные медицинские и промышленные приборы.

Отсюда возникает вопрос, если NMC-аккумуляторы почти идеальны и во всём лучше LCO, что же мешает их ставить в смартфоны? На самом деле, не до конца понятно.

Читайте так же:
Самодельный прибор для поиска скрытой проводки

Скорее всего пока технология менее обкатанная. Есть разные версии таких аккумуляторов. Например, NMC 333, в которой никель, медь и кобальт используются в одинаковых пропорциях по 33% работает стабильно. А вот NMC 811 с куда более высокой энергоемкостью, благодаря повышенной концентрации никеля, уже нестабильны и склонны к окислению. В общем, для смартфонов пока технология не готова, но в будущем всё может быть.

NCA | Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные с катодом LiNiCoAlO2

  • Энергоемкость 200-260 Вт·ч/кг
  • Скорость заряда 0.7 Typ
  • Скорость разряда 1С Typ
  • Срок жизни 500 циклов
  • Температура (Max) 150℃

Кстати, забавно, что такие аккумуляторы ставят считайте во все электрокары кроме Tesla. В Tesla используют разные аккумуляторы, но чаще всего литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные пацаны или NCA.

NCA очень похожи на NMC-аккумулятор по своей сути. Только в нём еще выше энергоемкость вплоть до 260 Вт·ч/кг. Это вообще рекорд среди всех аккумуляторов и главная суперспособность NCA батарей.

Но, к сожалению, это, считайте, их единственно достоинство, во всём остальном эти ребята сливают.

Тут и скромный срок жизни (порядка 500 циклов зарядки) и высокая стоимость и низкая скорость заряда/разряда.

В общем-то, поэтому даже Tesla потихоньку переходит на другой тип аккумуляторов — LFP.

LFP | Литий-железо-фосфатные с катодом LiFePo4

  • Энергоемкость 90-120 Вт·ч/кг
  • Скорость заряда 1С Typ
  • Скорость разряда 1С Typ, 25C Max, 40С Pulse
  • Срок жизни 1000-2000 циклов
  • Температура (Max) 270℃

Это расшифровывается как литий-железо-фосфатный аккумулятор. Это без преувеличения выдающаяся технология сразу с двумя суперсилами — безопасность и мощность.

Литий-фосфатные батареи долго живут — до 2000 циклов, хорошо выдерживают перезаряд, у них низкий саморазряд и особая устойчивость к низким температурам.

При этом они способно выдерживать нагрузку в 25С! Вот только энергоемкость у них неподходящая для мобильной техники — до 120 Вт·ч/кг.

Поэтому такие батареи используют большом электротранспорте, типа электробусов, в качестве источников бесперебойного питания или как системы хранения энергии.

LTO | Литий-титанат-оксидные с анодом Li4Ti5O12

  • Энергоемкость 50-80 Вт·ч/кг
  • Скорость заряда 1С Typ, 5C Max
  • Скорость разряда 10C Max, 30С Pulse
  • Срок жизни 3000-7000 циклов
  • Температура (Max) 270℃

Но есть еще более впечатляющий тип аккумулятора — литий-титанат-оксидные или LTO.

Их главная суперсила — долговечность. Они живут вплоть до нереальных 7000 циклов!

При этом LTO аккумуляторы безупречны с точки зрения безопасности, температурной стойкости (спокойно живут в мороз до -30), а также мощности. Скорость заряда 5С, а разряда 10С.

Но есть и недостатки, во-первых самая низкая из всех энергоемкость — всего 80 Вт·ч/кг. А еще литий-титанат — невероятно дорогой. Считайте LTO — это премиум-удовольствие, которое мало кто себе может позволить. Разве что, кроме всех москвичей, ведь LTO- аккумуляторы используются в московских электробусах. Что ж можем себе позволить такое удовольствие.

Точно также как и вы можете себе позволить удовольствие от использования пылесоса Philips 8000 Aqua с уникальной насадкой, которая собирает грязь на полу с первого раза со всех сторон благодаря уникальной насадке с функцией всасывания 360°. А также LED-подсветкой, чтобы точно не пропустить ни одной крошки.

Насадка – огонь! А ведь еще в комплекте есть: щелевая для вашего дивана, турбо для удаления шерсти, удлинитель шланга и встроенная щеточка, чтобы убирать пыль с вентиляционных решеток и шкафов.

По сравнению с громоздкими проводными пылесосами – это конечно новый век. Нет никаких мешков для сбора пыли, не мешаются провода. Пылесос лёгкий и мощный. Им удобно управлять через дисплей.

В общем, как и каждый тип аккумулятора, идеально подходит для своей задачи. Так и этот пылесос идеально подходит для поддержания чистоты и свежести каждый день.

А у нас для вас есть идеально подходящий промокод на скидку, все подробности, как обычно в описании к ролику на YouTube, ищите!

Будущее

Ну и напоследок чего нам ждать в будущем от аккумуляторов?

Очевидно, в перспективе ближайших 10 лет от использования дефицитного и дорогого в добыче кобальта в аккумуляторах будут постепенно отказываться. Поэтому и литий-кобальтовые (LCO) аккумуляторы постепенно будут чем-то заменять, скорее всего совершенно прекрасными во всех отношениях NMC, в которых кобальта используется значительно меньше.

Что же касается остальных технологий, они будут только развиваться и дешеветь. Ну и параллельно с этим будут внедряться совершенно новые технологии аккумуляторов, о которых мы расскажем в отдельных материалах, если вам эта тема зайдет.

Проверка литий ионных аккумуляторов

ГОСТ Р МЭК 62660-2-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АККУМУЛЯТОРЫ ЛИТИЙ-ИОННЫЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДОРОЖНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов

Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles. Part 2. Reliability and abuse testing

Дата введения 2016-01-01

1 ПОДГОТОВЛЕН Некоммерческой организацией "Национальная ассоциация производителей источников тока "РУСБАТ" (Ассоциация "РУСБАТ") на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 044 "Аккумуляторы и батареи"

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 62660-2* (2010) "Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 2. Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов" (IEC 62660-2:2010 "Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles — Part 2: Reliability and abuse testing").

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 Некоторые положения международного стандарта, указанного в пункте 4, могут являться объектами патентных прав. Международная электротехническая комиссия (МЭК) не несет ответственности за идентификацию подобных патентных прав

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к испытаниям на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов литий-ионных аккумуляторов, используемых для приведения в движение аккумуляторных и гибридных электромобилей.

Целью настоящего стандарта является определение порядка и условий проведения испытаний для получения основных характеристик тяговых литий-ионных аккумуляторов, используемых для приведения в движение аккумуляторных и гибридных электромобилей. Испытания необходимы для получения важных данных по надежности и эксплуатации с нарушением режимов литий-ионных аккумуляторов, применяемых в различных конструкциях аккумуляторных модулей и систем.

Настоящий стандарт устанавливает стандартную классификацию описания результатов испытаний, которую следует использовать при разработке различных конструкций аккумуляторных батарей и систем на их основе.

Читайте так же:
Обоснование безопасности грузоподъемной траверсы

Примечание 1 — Проведение испытаний на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов тяговых литий-ионных аккумуляторных батарей может осуществляться со ссылкой на данный стандарт.

Примечание 2 — Технические требования к испытаниям литий-ионных аккумуляторных батарей и систем определены в ИСО 12405-1 и ИСО 12405-2.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие международные стандарты* (для датированных ссылок следует использовать только указанное издание, для недатированных ссылок следует использовать последнее издание указанного документа, включая все поправки):

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. — Примечание изготовителя базы данных.

МЭК 60050-482 Международный электротехнический словарь. Часть 482. Первичные и вторичные элементы и батареи (IEC 60050-482, International Electrotechnical Vocabulary — Part 482: Primary and secondary cells and batteries)

МЭК 60068-2-64 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-64. Испытания. Испытание Fh. Широкополосная вибрация, случайная и наведенная (IEC 60068-2-64, Environmental testing — Part 2-64: Tests — Test Fh: Vibration, broadband random and guidance)

МЭК 61434 Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Рекомендации по обозначению тока в стандартах на щелочные аккумуляторы и батареи (IEC 61434, Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes — Guide to the designation of current in alkaline secondary cell and battery standards)

ИСО 16750-3 Транспорт дорожный. Условия окружающей среды и испытания электрического и электронного оборудования. Часть 3. Механические нагрузки (ISO 16750-3, Road vehicles — Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment — Part 3: Mechanical loads)

ИСО 16750-4 Транспорт дорожный. Условия окружающей среды и испытания электрического и электронного оборудования. Часть 4. Климатические нагрузки (ISO 16750-4, Road vehicles — Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment — Part 4: Climatic loads)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по МЭК 60050-482, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 аккумуляторный электромобиль; ЭМА (battery electric vehicle; BEV): Транспортное средство, для движения которого используется электрическая энергия единственного бортового источника — аккумуляторной батареи.

3.2 гибридный электромобиль; ЭМГ (hybrid electric vehicle; HEV): Транспортное средство, для движения которого используется энергия от двух бортовых источников: аккумуляторной батареи и теплового двигателя, работающего на углеводородном топливе.

3.3 номинальная емкость (rated capacity): Количество электричества в ампер-часах, заявленное изготовителем аккумуляторов: С — для ЭМА и C — для ЭМГ.

3.4 базовый испытательный ток I (reference test current I): Ток в амперах, который выражается как

,

где С емкость аккумулятора, А·ч;

n — продолжительность режима полного разряда, ч;

3.5 комнатная температура (room temperature): Температура (25±2)°С.

3.6 литий-ионный аккумулятор (secondary lithium ion cell): Аккумулятор, в котором при заряде ионы лития переходят из катода, содержащего соединения лития, в анод, а при разряде переходят в обратном направлении.

Примечание 1 — Аккумулятор — это базовое промышленное устройство, которое является химическим источником электрического тока с прямым преобразованием энергии. Аккумулятор состоит из электродов, сепаратора, электролита, корпуса и клемм и предназначен для накопления электрической энергии.

Примечание 2 — В настоящем стандарте термин аккумулятор означает литий-ионный аккумулятор, электрическая энергия которого используется для движения транспортного средства.

3.7 степень заряженности; СЗ (state of charge; SOC): Доступная емкость аккумуляторной батареи, выраженная в процентах от номинальной.

4 Условия испытаний

4.1 Общие требования

Данные об используемых приборах и инструментах фиксируются в протоколах испытаний.

4.2 Измерительные приборы

4.2.1 Диапазон измерения приборов

Приборы должны соответствовать измеряемым значениям напряжения и тока. Диапазон измерения этих приборов и методы измерения должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить точность, установленную для каждого испытания.

Для аналоговых приборов показания должны считываться с последней трети шкалы.

Другие измерительные приборы могут использоваться, если они обеспечивают требуемую точность измерений.

4.2.2 Измерение напряжения

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть не менее 1 МОм/В.

4.2.3 Измерение тока

Система амперметр-шунт-провода должна иметь класс точности 0,5 или выше.

4.2.4 Измерение температуры

Прибор должен обеспечивать измерение температуры на поверхности аккумулятора. Диапазон и точность измерения прибора должны соответствовать требованиям 4.2.1. Температура должна измеряться в месте, которое наиболее точно отражает температуру аккумулятора. При необходимости температура может быть дополнительно измерена в других местах.

Примеры измерения температуры показаны на рисунке 1. Измерение температуры необходимо проводить в соответствии с инструкцией изготовителя аккумуляторов.

Рисунок 1 — Примеры измерения температуры аккумуляторов

4.2.5 Другие измерения

Другие величины, включая емкость и мощность, могут быть измерены при помощи соответствующих измерительных приборов с учетом выполнения требований 4.3.

4.3 Погрешность измерений

Суммарная погрешность измерений контролируемых или измеряемых величин относительно требуемых или действительных значений не должна превышать следующих пределов:

a) ±0,1% для напряжения;

c) ±2°С для температуры;

d) ±0,1% для времени;

f) ±0,1% для размеров.

Указанные пределы включают в себя погрешности средств измерений, метода измерений, а также все остальные источники погрешности, обусловленные процедурой испытания.

4.4 Температура испытаний

Если иное не определено, то перед каждым испытанием аккумуляторы должны быть выдержаны при требуемой температуре в течение не менее 12 ч. Этот период может быть сокращен, если температурная стабилизация будет достигнута, т.е. температура аккумулятора за 1 ч изменится менее чем на 1°С.

Если иное не определено в настоящем стандарте, то аккумуляторы испытывают при комнатной температуре, используя метод, указанный изготовителем.

5 Электрические измерения

5.1 Общие условия заряда

Если иное не указано в настоящем стандарте, то до проведения испытаний с электрическими измерениями аккумулятор должен быть заряжен следующим образом.

До проведения заряда аккумулятор разряжают при комнатной температуре постоянным током, указанным в таблице 1, до конечного напряжения разряда, указанного изготовителем. Затем аккумулятор должен быть заряжен при комнатной температуре в соответствии с требованиями изготовителя.

5.2 Емкость

Емкость аккумулятора измеряют следующим образом.

Этап 1. Аккумулятор заряжают в соответствии с 5.1.

После этого стабилизируют температуру аккумулятора в соответствии с 4.4.

Этап 2. Аккумулятор разряжают при заданной температуре постоянным током до конечного напряжения разряда, указанного изготовителем. Разрядный ток и температура указаны в таблице 1.

Примечание — В дополнение к условиям таблицы 1 допускается по согласованию между изготовителем и заказчиком выбирать другие условия испытания из числа приведенных в таблице А.1 приложения А.

Метод определения значения базового испытательного тока It определен в МЭК 61434.

13 схем индикаторов разряда Li-ion аккумуляторов: от простых к сложным

Как сделать пробник-индикатор для электрика своими руками?

Пробник-индикатор можно собрать своими руками в домашних условиях. Для этого потребуется минимум времени и деталей, при этом возможности такого пробника весьма широкие. С его помощью можно легко и быстро проверить состояние электрической проводки, определить «ноль» и «фазу», оценить сопротивление изоляции электроприборов. Кроме того, можно произвести прозвонку электрической оцепи и проверить работоспособность таких радиоэлементов, как резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы. Схема прибора приведена на рис. 1


Рис. 1. Принципиальная схема пробника

Как видно, схема собрана из минимального количества элементов и представляет собой классический усилитель постоянного тока. Резисторы в базах транзисторов Т1 и Т2 ограничивают максимальные значения их базовых токов, а резистор R4 определяет верхний предел измеряемых сопротивлений. Конденсатор С1 служит для создания отрицательной обратной связи по токам переменных значений. Питается прибор от любого маломощного источника напряжения 3 вольта, например, от двух «пальчиковых» батареек или от одной «компьютерной» батарейки (такие стоят на материнских платах). При этом пробник не нуждается ни в каких выключателях питания, так как в режиме «покоя» практически не потребляет ток от элементов питания.

Читайте так же:
Съемники своими руками чертежи

Щуп Х2 прибора делают в виде «иглы» и он жёстко закреплен в корпусе. В качестве него можно применить отрезок медного провода сечением 1,5…2,5 мм. Щуп Х1 — зажим типа «крокодил» на отрезке гибкого многожильного провода длиной около 20 см.

При соединении щупов Х1 и Х2 светодиод загорается. Он будет светиться также при измерении сопротивлений от нуля до 0,5 МОм, при этом от величины измеряемого сопротивления будет зависеть яркость его свечения. При измерении постоянного напряжения светодиод будет гореть, если «плюс» измеряемой цепи будет на щупе Х2. При поиске «фазы» переменной цепи следует держать щуп Х1 в руке, а щупом Х2 касаться токопроводящих проводников. При этом данный пробник не реагирует на так называемое «наведённое напряжение», а лишь конкретно на «фазу», в отличие от обычных, простых пробников на «неонке».

В схеме можно применить любые маломощные транзисторы структуры n-p-n, такие так широко распространённые КТ315, КТ3102 или аналогичные импортные. В качестве диода VD1 лучше будет работать маломощный кремниевый, например КД503 или аналогичный. Светодиод HL1 — типа АЛ307 или другой с рабочим напряжением (напряжением зажигания) порядка 2…2,6 вольт. Конденсатор — любой, подходящий по размерам. Резисторы можно применить мощностью 0,25 или 0,5 ватт.

Настройка прибора не представляет сложности.

Для этого следует временно удалить резистор R4 и включить между щупами сопротивление порядка 0,5 МОм. Светодиод должен загореться, а если этого не происходит, то нужно заменить транзисторы на другие, с большими значениями коэффициента усиления по току (h21э). Затем подбором сопротивления резистор R4 нужно добиться минимального свечения светодиода. Так можно настроить прибор и на любое другое значение максимально измеряемого сопротивления.

Диоды и транзисторы данным пробником проверяют как и тестером, измеряя прямое и обратное сопротивление их p-n переходов. Можно проверить и исправность конденсаторов начиная примерно от 0,01 мкФ и более — при подключении исправного конденсатора светодиод вспыхивает на некоторое время. По времени свечения или вспышки светодиода можно приблизительно судить о ёмкости проверяемого элемента. Если конденсатор пробит или у него большой ток утечки, то светодиод будет гореть постоянно. При оценке сопротивления изоляции действуют так же, как при измерении (проверке) сопротивления резисторов. При хорошем качестве изоляции не должно быть никакого свечения светодиода.

Приведённая здесь схема проста в сборке и настройке, имеет хорошую повторяемость и не один раз была опробована на практике. Элементов питания (двух «пальчиковых» батареек) хватает на несколько лет работы в режиме средней интенсивности пользования прибором.


Вот такой пробник-индикатор может получиться в итоге


Или такой….

Простая схема индикатора

Схема с применением транзисторных элементов и сопротивлений используется в указателях, работающих с постоянным и переменным напряжением до 600 вольт. Подобная конструкция несколько сложнее, сравнительно с индикаторной отверткой, однако добавление деталей делает указатель напряжения на светодиодах универсальным инструментом. Его можно совершенно безопасно использовать для проверки напряжения в диапазоне от 5 до 600 вольт.

На представленной схеме хорошо просматривается полевой транзистор VT2, который служит основой всей конструкции индикатора. Срабатывание устройства зависит от порогового значения напряжения, зафиксированного разностью потенциалов в положении затвор-исток.

Величина максимально возможных сетевых напряжений находится в зависимости от падения потенциала в позиции сток-исток. По своей сути этот транзистор является своеобразным стабилизатором тока. Транзистор VT1 является биполярным, используемым для обратной связи и поддержки заданных параметров.

Самодельный индикатор функционирует следующим образом. Когда на вход подается напряжение, в контуре появляется электрический ток. Его величина зависит от сопротивления R2 и напряжения биполярного транзистора VT1 в переходе база-эмиттер. Свечение маломощного светодиода вполне возможно при стабилизирующем токе в 100 мкА. При напряжении в база-эмиттер около 0,5 вольт, сопротивление R2 должно находиться в пределах от 500 до 600 Ом. От возможных скачков тока светодиод защищен неполярным конденсатором С, емкость которого составляет 0,1 мкФ.

Мощность резистора R1 составляет 1 Мом, что вполне достаточно для использования его в качестве нагрузки транзистора VT1. При работе с постоянным напряжением диод VD выполняет защитную функцию и проверку полюсов. Когда проверяется переменное напряжение, этот диод становится выпрямителем и служит для срезания отрицательной полуволны. Величина его обратного напряжения составляет не менее 600 вольт. Сам светодиод HL следует выбирать с наибольшей яркостью, чтобы сигнал был заметен даже при минимальном токе.

Способы прозвонки кабелей

Методы прозвонки кабеля могут быть различные, это связано с тем для каких целей производится диагностика. Для того чтобы установить отсутствие короткого замыкания в электрической сети или нужно найти обрыв в электролинии следует воспользоваться мультиметром. Данный измерительный прибор поможет произвести более качественное тестирование электрической сети.

Мультиметр способен измерить напряжение, сопротивление и силу тока. В случае если под рукой прибора не оказалось, его вполне может заменить устройство в виде лампочки и батарейки.

Этот способ очень простой не займет много времени. Для этого нужно взять лампочку и батарейку, при этом они должны обладать одинаковым напряжением. Батарейка может иметь большее напряжение, чем лампочка.

Для соединения конструкции необходимы проводники, длинна которых, должна соответствовать расстоянию, от приспособления до проверяемых проводов. К одному концу батареи подсоединяется провод, а к другому – лампочка и щуп. При проверке данным щупом нужно прикоснуться к противоположному окончанию кабеля, при этом лампочка должна засветиться.

Существует способ прозвонки кабеля посредством блока резисторов с различным номинальным значением.

Указатель напряжения для аккумуляторных батарей

Срок службы автомобильного аккумулятора значительно продлевается, если на его клеммах проводится регулярный контроль напряжения. В случае каких-либо отклонений можно принять своевременные меры и избежать негативных последствий.

Предлагаемая схема функционирует на светодиоде RGB, отличающемся от обычных источников света тремя кристаллами разных цветов, расположенными внутри корпуса. В процессе работы каждый цвет будет соответствовать определенному значению напряжения.

Для создания индикатора понадобится 9 резисторов, три стабилитрона, 3 биполярных транзистора и 1 разноцветный светодиод. После правильной сборки сигнал будет зеленого цвета при напряжении 12-14 вольт, красного цвета – более 14,4 В, синего цвета – менее 11,5 В. Чтобы выставить минимальный предел напряжения используется потенциометр R4 и стабилитрон VD2.

В случае снижения разности потенциалов ниже установленного значения, происходит закрытие транзистора VT2, а транзистор VT3, наоборот, будет открываться, индуцируя кристалл диода синего цвета. Если напряжение в норме и находится в заданных пределах, ток будет проходить через резисторы R5, R9 и через стабилитрон VD3. В это время светодиод будет светиться зеленой индикацией. Транзистор VT3 будет закрыт, а VT2 – открыт. Резистор R2 является переменным и позволяет настроить напряжение, в том числе и в сторону увеличения более 14,4 В. В этом случае сражу же загорается красный свет.

Читайте так же:
Нитроцементация это насыщение поверхностного слоя металла

Основные выводы

Самостоятельно делают индикаторы по простым схемам. Никакие другие дорогостоящий детали не требуются. Для изготовления пробника можно использовать корпус высохшего маркера или неисправного мобильного телефона. На лицевую часть можно вывести щуп в виде штыря, на торец – кабель, оснащенный зажимом-«крокодильчиком» или щупом.

СветодиодыКак получают белый свет свечения светодиода

СветодиодыПринцип работы и схемы подключения двухцветных светодиодов

Проверка постоянного напряжения

Нередко возникает необходимость прозвонить низковольтную цепь бытовых приборов, либо проверить целостность соединения, например, провод от наушников.

В качестве ограничителя тока можно использовать маломощную лампу накаливания либо резистор на 50-100 Ом. В зависимости от полярности подключения загорается соответствующий диод. Этот вариант подходит для цепей до 12В. Для более высокого напряжения потребуется увеличить сопротивления ограничивающего резистора.

Индикатор напряжения на двухцветном светодиоде

Еще одна популярная схема индикации, это схема с использованием двухцветного светодиода для отображения степени заряда батареи или же сигнализации о включении или выключении лампы в другом помещении. Это может быть очень удобно, например, если выключатель света в подвале расположен до лестницы ведущей вниз (кстати, не забудьте прочитать интересную статью о том как сделать подсветку лестницы светодиодной лентой). До того как спуститься туда, вы зажигаете свет, и индикатор загорается красным, в выключенном состоянии вы видите зеленое свечение на клавише. В этом случае вам не придется заходить в темную комнату и уже там нащупывать выключатель. Когда вы покинули подвал, вы по цвету светодиода знаете, горит свет в подвале или нет. Одновременно с этим, вы контролируете исправность лампочки, потому что в случае ее перегорания, красным светодиод светиться не будет. Вот схема индикатора напряжения на двухцветном светодиоде.

В заключении можно сказать, что это лишь основные возможные схемы использования светодиодов для индикации напряжения. Все они несложные, и в своей реализации под силу даже дилетанту. В них не использовалось никаких дорогостоящих интегральных микросхем и тому подобное. Рекомендуем обзавестись таким устройством всем любителям и профессионалам электрикам, чтобы никогда не подвергать свое здоровье опасности, приступая к ремонтным работам, не проверив наличие напряжения.

Поиск обрыва проводов

В рабочей электрической линии все жили должны быть токоведущими, при этом между ними не должно быть короткого замыкания.

В случае если кабель оснащен цветовой маркировкой, при этом нет необходимости идентифицировать каждую жилу. Для того чтобы найти обрыв нужно зачистить провода и соединить в одну скрутку окончания кабеля. При этом на втором окончании провести прозвонку. С этой целью нужно мультиметр выставить в режим измерения сопротивления.

Устанавливают переключатель на низкий диапазон, соответствующий величине в 200 Ом. Если прибор оснащен функцией прозвонки, то необходимо установить переключатель на данный режим проверки. Предварительно перед производством измерительных работ необходимо проверить прибор, при этом подсоединяются два щупа вместе. Исправный мультиметр должен зазвенеть и на табло появиться ноль.

Для производства диагностики электрической сети необходимо присоединить один щуп к одному из проводов, а другим щупом нужно прикасаться ко всем ко всем жилам поочередно. При этом прибор должен звенеть. Если в мультиметре нет функции прозвонки, на экране должно появиться показание близкое к значению, соответствующему нолю.

При тестировании более длинных проводов, величина сопротивления в исправной электрической сети будет равняться нескольким Омам.

В случае если показатель сопротивления будет равняться единице, то в данной электролинии существует обрыв.

Индикатор переменного напряжения 220 В

Рассмотрим первый, наиболее простой вариант индикатора сети на светодиоде. Его применяют в отвертках для нахождения фазы 220 В. Для реализации нам понадобится:

  • светодиод;
  • резистор;
  • диод.

Светодиод (HL) вы можете выбрать абсолютно любой. Характеристики диода (VD) должны быть ориентировочно такими: прямое напряжение, при прямом токе 10-100 мА – 1-1,1 В. Обратное напряжение 30-75 В. Резистор (R) должен иметь сопротивление не меньше 100 кОм, но и не больше 150 кОм, иначе просядет яркость свечения индикатора. Такое устройство можно самостоятельно выполнить в навесной форме, даже без использования печатной платы.

Схема примитивного индикатора тока будет выглядеть аналогичным образом, только необходимо использовать емкостное сопротивление.

Для чего нужен логический пробник?

Это устройство с успехом применяется, когда необходимо произвести предварительную проверку работоспособности элементов простой электрической схемы, а также для первичной диагностики несложных приборов – то есть в тех случаях, когда не требуется высокая точность измерений. С помощью логического пробника можно:

  • Определить наличие в электроцепи напряжения величиной 12 – 400 В.
  • Определить полюса в цепи постоянного тока.

Прозвонка самодельным пробником

  • Произвести проверку состояния транзисторов, диодов и других электрических элементов.
  • Определить фазную жилу в электроцепи переменного тока.
  • Прозвонить электрическую цепь для проверки ее целостности.

Наиболее простыми и надежными приборами, с помощью которых производятся перечисленные манипуляции, являются индикаторная отвертка и звуковая отвертка.

Хитрости измерения емкости аккумуляторов смартфонов и другой мобильной техники

Хитрости измерения емкости аккумуляторов смартфонов и другой мобильной техники

Как может показаться на первый взгляд, с емкостью аккумуляторов мобильных устройств все предельно просто и понятно — грубо говоря, чем больше миллиампер-часов (мА·ч) в батарее, тем лучше, и тем дольше проработает девайс. Но подобный показатель, к которому привыкли все или почти все, не всегда отражает реальное положение дел, а значит, что сравнивать данные по емкости аккумуляторов у различных устройств не всегда корректно. Какие же секреты таят современные аккумуляторы, и какие дополнительные показатели могут пролить свет на их реальную емкость? Обо всем этом и пойдет речь в нашей статье, а также будут рассмотрены популярные методы измерения емкости аккумуляторов в домашних условиях.

Параметры аккумуляторов

Самую подробную информацию об аккумуляторе стоит искать на его корпусе или в специальных документах с детальным техническим описанием, именуемых «даташитами» (datasheet), а вот в обычных технических характеристиках устройства едва ли будут указаны все нюансы.

Тип аккумулятора — в современных устройствах обычно используется так называемые литий-полимерные аккумуляторы, которые являются слегка усовершенствованной версией литий-ионных аккумуляторов, а иногда на самом деле отличий никаких и нет, и это не более чем маркетинговая уловка. В бытовом понимании литий-полимерные батареи выделяются лишь тем, что имеют мягкий пластиковый мешочек вместо твердого корпуса.

Limited charge voltage — максимально возможное напряжение аккумулятора, повышение которого вызовет различные проблемы с батареей, вплоть до взрыва. Впрочем, бояться перезаряда не стоит, так как при зарядке должна сработать защита.

Nominal Voltage — среднее или рабочее напряжение аккумулятора, при котором он работает большую часть времени. Показатель стоит воспринимать как усредненное значение.

Typical Capacity — типичное, среднестатистическое значение емкости для используемого аккумулятора. Показатель указывается в мА·ч и/или Вт·ч.

Rated Capacity — минимальная емкость батареи, и тут нужно пояснить, что даже в рамках одной партии емкость аккумуляторов может немного отличаться, что вполне допустимо, а показатель Rated Capacity как раз и дает понять в каких пределах могут быть отклонения. Есть и случаи, когда фактическая емкость оказывается выше заявленной производителем.

Читайте так же:
Ремонт платы управления ресанта

В каких значениях измеряется емкость аккумулятора

Так сложилось, что почти все ориентируются на показатель в миллиампер-часах при указании емкости, что удобно как производителям, так и на самом деле и пользователям. Посудите сами, какая цифра выглядит более красивой, 5000 мА·ч или, к примеру, 19.25 Вт·ч? Очевидно, что второй показатель кажется маленьким и неудобным для того, чтобы прижиться у массового пользователя. Но давайте более подробно вникнет в суть терминов.

А·ч (ампер-час) — правильнее ампер-часы называть не единицей измерения емкости, а электрическим зарядом, показывающим, какой ток аккумулятор может выдать за один час. При этом важно знать номинальное напряжение аккумулятора, чтобы получить представление о его возможностях, так как 4000 мА·ч при 3.85 вольтах при переводе в Вт·ч, дадут меньшую емкость, чем 4000 мА·ч, скажем, с 7.4 вольта. Для мобильных устройств стандартным остается номинальное напряжение аккумулятора в 3.7, 3.8 или 3.85 В.

Вт·ч (Ватт-час) — является мерой энергии, показывающей то, сколько энергии будет получено или отдано в течение часа при приеме или отдаче энергии в 1 Вт. Считается, что ватт-часы наиболее точно отражают емкость аккумулятора.

И все-таки не на всех аккумуляторах обозначено значение в ватт-часах, либо оно по каким-то причинам дано неправильно. Но мы и сами можем рассчитать показатель, зная емкость в миллиампер-часах и номинальное напряжение. Достаточно перемножить известные числа, затем поделить их на 1000:

3700 мА·ч («емкость» в миллиампер-часах) x 3.85 В (номинальное напряжение) : 1000 = 14.245 Вт·ч

Бывают случаи, когда производители, вместо номинального напряжения, показатель в мА·ч умножают на максимальное напряжение, что дает более солидную, но неправильную цифру в Вт·ч. По каким причинам это делают непонятно — возможно это ошибка, а может попытка ввести пользователя в заблуждение.

Впрочем, с подсчетом в любом случае не все так просто — ниже приведен график разрядки аккумулятора, по которому видно, что напряжение постепенно падает, а поэтому при умножении на номинальное напряжение получается лишь приблизительная цифра, которая, тем менее, обычно оказывается довольно близка к реальной. Погрешность может составлять около 1 Вт·ч (часто меньше), и почти всегда именно в ватт-часах реальная емкость оказывается меньше заявленной, даже если получится полное соответствие в миллиампер-часах.

Как самостоятельно измерить емкость аккумулятора

Реальную емкость аккумуляторов можно измерить самостоятельно, и самым популярным методом является использование USB-тестера. Обычно такие устройства действительно могут отобразить приблизительную, сравнительно точную емкость, но вариаций тестеров столько, что каких-то однозначных выводов делать не стоит.

Проблема в том, что тестеры подсчитывают только ту емкость аккумулятора, которая используется устройством, тогда как даже после полной разрядки всегда остается некий запас, необходимый для предотвращения глубокого разряда, очень вредного для аккумуляторов. В зависимости от модели мобильного устройства такой запас может составлять несколько сотен мА·ч или около 0.4–1 Вт·ч. Еще одна особенность USB-тестеров заключается в том, что не все они подсчитывают емкость в Вт·ч, а если и делают это, то на достоверность показателей рассчитывать не стоит.

Кроме того, более точные результаты получаются при разрядке, а не при зарядке батареи. И, наконец, в тестерах подсчет в мА·ч обычно происходит при 5 В напряжения, тогда как многие современные смартфоны поддерживают быструю зарядку при более высоком напряжении, в результате чего тестер выдаст низкие показатели емкости. Здесь придется либо использовать при зарядке блок питания, выдающий напряжение не более 5 В, либо самостоятельно пересчитывать результаты с учетом фактического напряжения.

В связи с этим возникает вопрос, есть ли более достоверные методы измерения емкости? Да, есть, правда самое точное оборудование недоступно простым пользователям, так как оно используется на производстве, стоит немалых денег и может иметь огромные размеры. Но есть и бюджетные аналоги в виде электронных нагрузок, которые доступны каждому.

Рассмотрим подобное оборудование на примере EBC-A10, которое способно как заряжать даже глубоко разряженные аккумуляторы, так и разряжать их, что нам и нужно для получения достоверных данных.

Стоит отметить, что правильнее всего измерять емкость батареи, когда она извлечена из устройства или когда отсоединен шлейф, соединяющий ее с основной платой девайса.

Проще всего тестировать съемные батареи, для извлечения которых не нужно разбирать устройство. Вначале добиваемся полной разрядки девайса, так, чтобы он автоматически выключился. После подключаем аккумулятор к электронной нагрузке и дополнительно разряжаем его примерно 30–60 секунд током 0.2 C (20% от заявленной емкости аккумулятора), в результате чего получим напряжение, которое нам пригодится для того, чтобы узнать используемую мобильным устройством емкость батареи.

В аккумуляторах смартфонов напряжение при отключении устройства варьируется примерно от 3.2 до 3.5 вольта.

Затем полностью заряжаем аккумулятор через мобильный девайс и вновь ставим его на разрядку через электронную нагрузку, снова тем же током 0.2 C. В настройках программы EB Tester Software, которая нужна для проведения подсчетов и построения графиков, выставляем разрядку сначала до напряжения, полученного в предыдущем тесте, а затем до значения 2.8 вольта. Меньше уже ставить опасно для аккумулятора — он может перестать заряжаться даже через электронную нагрузку (а именно через нее потом придется заряжаться для получения более высокого напряжения), не говоря уже о смартфонах и планшетах, да и на общее значение емкости это почти никак не повлияет, так как после разрядки примерно до 3 вольт напряжение уменьшается очень быстро.

В итоге получаем емкость как в привычных для многих мА·ч, так и в более правильных Вт·ч, причем программное обеспечение ведет непрерывный подсчет с учетом снижающегося напряжения, и по итогу получаются более точные цифры, чем в том случае, если бы просто умножили номинальное напряжение на заявленные производителем миллиампер-часы.

Итоги

У производителей давно существуют различные маркетинговые хитрости, благодаря которым удается добиться красивых цифр в спецификации под названием «емкость аккумулятора», и лишь изредка в технических характеристиках устройств указывается емкость в Вт·ч, по которой было бы правильнее делать сравнения с другими моделями. Но даже это значение является приблизительным.

Впрочем, явным обманом это трудно назвать, ведь миллиампер-часы (мА·ч) обычному пользователю удобнее для восприятия, а сильно завышенная информация о емкости встречается обычно только в некоторых девайсах от не слишком известных производителей. Правда многое зависит и от вида устройства, и если смартфоны с завышенной в характеристиках емкостью батареи встречаются все реже, то у портативных аккумуляторов реальные показатели пока не всегда соответствует ожиданиям.

Не стоит забывать и том, что большая емкость батареи, насколько бы честной она не была, еще не гарантирует продолжительное время работы устройства, так как многое зависит от оптимизации операционной системы и софта, а также от максимальной яркости дисплея, дополнительных функций и от используемого железа, которое не всегда может быть энергоэффективным.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector