презентация на тему: Химические Источники тока (ХИТ)

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Химические
  Источники тока
  (ХИТ)
  

• 

  2 слайд

  Источники питания —
  это радиоэлектронные устройства, предназначенные для обеспечения различных устройств электрическим питанием.
  Виды таких устройств: вторичные и первичные источники питания, химические, термоэлектрические и импульсные источники питания.
  
  

• 

  3 слайд

  Для работы большинства электронных устройств необходимо наличие одного или нескольких источников питания(ИП) постоянного тока.
  Все ИП можно разделить на две группы: источники первичного электропитания и источники вторичного электропитания.
  

• 

  4 слайд

  Источники первичного электропитания.
  К данной группе ИП относятся:
  1)химическиеисточникитока гальванические элементы, батареии , аккумуляторы);
  2) термобатареи;
  3) термоэлектронные преобразователи;
  4) фотоэлектрические преобразователи (солнечныебатареи);
  5) топливные элементы;
  6) биохимические источники тока;
  7) атомные элементы;
  8) электромашинные генераторы.
  

• 

  5 слайд

  Химические источники тока(ХИТ)
  широко используются для питания маломощных устройств и аппаратуры, требующей автономного питания.
  Батареи и аккумуляторы являются также вспомогательными и (или) резервными источниками энергии в устройствах, питающихся от сети переменного тока. Выходное напряжение таких источников практически не содержит переменной составляющей(пульсаций), но в значительной степени
  Зависит от величины тока, отдаваемого в нагрузку, и степени разряда. Поэтому в устройствах, критичных к напряжению питания, химические источники тока используются совместно со стабилизаторами напряжения.
  

• 

  6 слайд

  ХИТ первой группы, по сравнению с аккумуляторами, обладают большей удельной электрической емкостью (измеряемой в ампер-часах или миллиампер-часах) и имеют меньшую стоимость.
  Основным преимуществом аккумуляторов является возможность их многократного использования и в следствие этого значительно меньшая стоимость единицы получаемой энергии. Типовые аккумуляторы, используемые для автономного питания маломощной аппаратуры, гарантированно выдерживают от 200 до 1000 циклов заряд-разряд.
  При выборе ХИТ для питания конкретной аппаратуры прежде всего обращают внимание на его систему, цену, энергоемкость, долговечность
  При хранении, постоянство напряжения в течении разряда, внутреннее сопротивление, максимальное значение отдаваемого тока, диапазон рабочих температур и массогабаритные показатели.
  Химические источникитока (ХИТ) делятся на две группы:
  1) гальванические элементыи батареи;
  2) аккумуляторы.
  

• 

  7 слайд

  Гальванические элементы и батареи.
  
  Наибольшее распространение получили элементы и батареи следующих систем: угольно-цинковые и хлористо-цинковые; щелочно-марганцевые (щелочные); ртутные (ртутно-цинковые); серебрянно-цинковые, литиевые.. Типо размеры цилиндрических сухих элементов питания стандартизованы.
  Размеры элементов и их обозначения, принятые международной электротехнической комиссией.
  Угольно-цинковые элементы или элементы Лекланше (Le Clanche) являются очень широко распространенными ХИТ благодаря их низкой стоимости и удовлетворительным техническим характеристикам. Элементы и батареи этого типа в различных исполнениях производят многие
  Фирмы.
  

• 

  8 слайд

  Номинальная рабочая емкость угольно-цинковой батарее и не является строго определенной величиной, так как отданная батарей емкость зависит от условий ее разряда (разрядного тока, режима разряда и конечного напряжения). Отданная емкость зависит также от рабочей температуры и условий хранения батареи до начала эксплуатации. Коэффициент использования активных материалов угольно-цинковой Батареи повышается по мере уменьшения плотности тока. Поэтому при проектировании устройств с питанием от ХИТ желательно выбирать батарею возможно больших размеров.
  Отдаваемая емкость зависит также от соотношения длительностей периодов разряда и отдыха. Как правило, угольно-цинковые элементы лучше работают в условиях прерывистого отбора тока. Однако в некоторых случаях они могут оказаться эффективными при работе в условиях непрерывного разряда очень малым током.
  Угольно-цинковые элементы и батареи, как правило, предназначены для работы при температуре 21°С. Чем выше температура батареи во время разряда, тем больше отдача энергии. Однако высокая температура приводит к уменьшению срока хранения, а длительное воздействие температуры выше 52° С может привести к повреждению батареи. Пониженная температура и даже замораживание не приводит к порче элементов, если их не подвергать многократным циклическим температурным изменениям. При пониженной температуре увеличивается срок хранения элементов.
  

• 

  9 слайд

  Хлористо-цинковый элемент Лекланше.
  Является разновидностью угольно-цинкового элемента. Главное различие между ними заключается в электролите. В хлористо-цинковом элементе в качестве электролита применяют только раствор хлористого цинка, тогда как в угольно-цинковом элементе электролит наряду с хлористым цинком содержит раствор хлористого аммония. Отказ от использования хлористого аммония улучшает
  Электрохимические свойства элемента, однако, при этом несколько усложняется конструкция элемента.
  Хлористо-цинковые элементы при понижении температуры теряют меньше емкости, чем угольно-цинковые при тех же самых условиях разряда
  

• 

  10 слайд

  Электроды хлористо-цинковых элементов способны работать более эффективно и, как следствие, обеспечивать более высокий коэффициент использования активных материалов (больший полезный выход потоку), чем электроды угольно-цинковых элементов. Поэтому хлористо-цинковые элементы могут работать в режиме с отбором большего тока в течение более длительного времени, чем угольно-цинковые элементы тех же размеров. Кроме этого, хлористо-цинковые элементы обеспечивают более высокую стабильность напряжения под нагрузкой. Эти элементы могут выполняться с увеличенными габаритами («мощные» сухие элементы). Конструкция таких элементов предусматривает специальные приспособления для отвода газа, образующегося при разряде.
  

• 

  11 слайд

  Щелочные марганцево-цинковые элементы.
  Основное преимущество щелочных элементов по сравнению с элементами системы Лекланше проявляется при использовании их в качестве мощных источников тока.
  Щелочные элементы очень хорошо работают в режимах с непрерывным отбором тока и с отбором больших токов и имеют явное преимущество перед угольно-цинковыми элементами по такому параметру, как отношение удельной емкости к стоимости единичного элемента.
  Стабильность напряжения щелочных элементов и батарей выше, чем
  У ХИТ системы Лекланше. Они остаются работоспособными в интервале
  Температур от–20 до+70°С, а в определенных случаях и при более высоких температурах.
  Щелочные ХИТ могут храниться в течение 30 месяцев без существенного уменьшения первоначальной емкости. Например, после годичного
  Хранения при 20°С эти батареи способны обеспечивать более 92% первоначальной емкости. Отдельные элементы и батареи этого типа сохраняют около 80% первоначального значения емкости после четырех лет хранения при 20°С.
  

• 

  12 слайд

  Щелочные батареи предназначены для использования в устройствах, где требуются источники питания большой мощности или источники, имеющие более длительное время работы по сравнению с угольно-цинковыми батареями.
  Полный запас энергии щелочных батарей примерно вдвое превышает запас энергии угольно-цинковых батарей тех же размеров.
  Основное преимущество щелочных батарей заключается именно в высокой мощности при разряде в непрерывно мили тяжелом режиме, когда ХИТ системы Лекланше перестают удовлетворять предъявляемым к источнику питания требованиям.
  При определенных условиях щелочные ХИТ обеспечивают в семь раз большую длительность
  работы, чем стандартные угольно-цинковые батареи.
  

• 

  13 слайд

  Ртутно-цинковые элементы и батареи. Характеризуются постоянством напряжения при разряде и отсутствием необходимости в перерывах между разрядами для «отдыха». Напряжение ртутно-цинкового элемента равно 1,352 ± 0,002 В и мало изменяется при изменении температуры. Поэтому эти элементы иногда используются в технических устройствах в качестве источников опорного напряжения.
  Рабочая емкость ртутно-цинковых ХИТ после года хранения при температуре 21°С, как правило, составляет более 90% емкости свежеизготовленной батареи. Рекомендуемый срок хранения для ртутно-цинковых ХИТ до трех лет .Высокие температуры(до+70°С) практически не сказываются на ста-
  бильности характеристик ртутно-цинковых ХИТ. В течение нескольких часов такие ХИТ могут работать при температуре порядка +145°С. При низких температурах в общем случае характеристики ртутно-цинковых
  элементов становятся неудовлетворительными
  
  

• 

  14 слайд

  Характерными чертами ртутно-цинковых ХИТ являются:
  1) длительный срок службы;
  2) большое значение удельной емкости;
  3) плоская кривая разряда;
  4) сравнительно высокое напряжение под нагрузкой;
  5) относительно постоянная отдаваемая емкость, практически не зависящая от условий разряда;
  6) малое и практически постоянное внутреннее сопротивление;
  7) сохранение работоспособности при высоких температурах;
  8) высокая устойчивость к ударам, вибрациям и ускорениям;
  9) устойчивость к пониженному и повышенному давлению по сравнению с атмосферным.
  

• 

  15 слайд

  Ртутно-цинковые элементы и батареи выпускаются в двух вариантах, предназначенных для различных применений: элементы на 1,35 В и батареи на их основе;
  Элементы на 1,4 В и батареи наих основе. В общем случае элементы напряжением 1,35 В рекомендуются применять в качестве источников опорного напряжения и в устройствах, работающих при повышенныхтемпературах.
  Имитатор напряжения химического 
  источника питания 
  

• 

  16 слайд

  Серебряно-цинковые элементы.
  Обеспечивают более высокое напряжение, чем ртутно-цинковые при сохранении плоской кривой разряда
  Серебряно-цинковые ХИТ сохраняют работоспособность при
  Низких температурах.
  Рабочее напряжение серебряногоэлемента составляет 1,5 В (напряжение на разомкнутых электродах равно 1,6 В). Серебряно-цинковые ХИТ используются в качестве источников питания в электронных наручных часах( с аналоговой и цифровой индикацией), калькуляторах, электронных записных книжках, миниатюрных слуховых
  аппаратах, измерительных приборах, миниатюрных источниках света с автономным питанием (фонариках) и целом ряде других устройств. Также,
  Как и ртутно-цинковые элементы серебряные, ХИТ применяются в качестве источников опорного напряжения
  

• 

  17 слайд

  Серебряно-цинковые элементы хорошо сохраняют работоспособность после хранения 1 – 2 лет (обычно сохраняются более 90% емкости после одного года хранения при температуре21°С).
  Элементы серебряно-цинковой системы могут иметь как малое, таки большое внутреннее сопротивление.
  

• 

  18 слайд

  Литиевые элементы и батареи.
  Литиевые ХИТ обеспечивают удельную энергию по массе до 330 Вт· ч/кг, что примерно в три раза выше,чем у ртутных и серебряно-цинковых, и в четыре раза выше чем у щелочных источников тока. Удельная энергия по объему у литиевых батарей на 50% выше, чем у ртутных, и на 100% выше, чем у щелочных. Применение литиевых ХИТ позволяет уменьшить массогабаритные показатели РЭА с автономным питанием. Другим замечательным свойством литиевых элементов и батарей является большой срок сохраняемости, благодаря чему автономность некоторых устройств с литиевым ХИТ достигает 5 – 10 лет и более
  

• 

  19 слайд

  Более высокая экономическая Литиевых ХИТ обеспечивают : а) аппаратура может содержать большую полезную нагрузку при использовании литиевых батарей в следствие их меньших размеров и (или) массы.
  б) более длительный срок автономной работы может быть достигнут при использовании батарей тех же размеров, но меньшей массы.
  в) становится возможной работа устройств при низких температурах.
  
  г) уменьшаются затраты на приобретение запасных батарей, так как существенно увеличивается период между заменами батарей или же вообще отпадает необходимость такой замены. Не требуется создание особых условий для хранения батарей
  

• 

  20 слайд

  РезервныеХИТ.
  Применяются в основном в устройствах, где требуется большая мгновенная мощность, короткое время работы, очень большой срок сохраняемости. Большую часть времени такие элементы и батареи находятся вне активированном состоянии (режим хранения). Для приведения в действие рассматриваемые ХИТ активируются различным и способами(в зависимости от вида системы).
  

• 

  21 слайд

  Высокотемпературные резервные термически-активируемые батареи.
  Тепловые батареи содержат электрохимическую систему, которая остается инертной до тех пор, пока не будет активирована при помощи нагрева. Эти ХИТ можно хранить даже подключенными к нагрузке. Используемый
  В элементе электролит представляет собой смесь без водных солей, которые проводят ток только в расплавленном состоянии. Конструкция батарей предусматривает наличие источника тепла, приводимого в действие при помощи электрического или механического запала. Время активации не превышает нескольких секунд. Продолжительность активного периода тепловой батареи составляет несколько минут (обычно не менее пяти). Срок сохраняемости достигает двадцати и более лет. Тепловые батареи применяют в основном в военной технике.
  Тепловые элементы способны разряжаться высокими плотностями то-
  ка– более 4 кА/м2 при напряжении2,5 – 3 В. Батареи имеют напряжение
  до 500 В при кратковременных разрядах (менее 1 мин.), удельная мощ-
  Ность тепловых батарей достигает 600 Вт/кг.
  

• 

  22 слайд

  Водоактивируемые батареи.
  Основными системами таких ХИТ явля-
  ются: магний-хлористое серебро; цинк-хлористое серебро; магний-хлористая медь. Эти ХИТширокоприменяются в качестве источника энергии для предупредительных и огней, буев и маяков практически любых акваторий. Рассматриваемые ХИТ характеризуются большим сроком годности при соблюдении условиях ранения в герметичной упаковке.
  После разгерметизациии заполнения водой они должны быть израсходованы в течение нескольких часов или дней.
  

• 

  23 слайд

  Аммиачные резервные батареи.
  Находят ограниченное применение.
  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 предназначена для обеспечения разрядного тока 500 мА в течение 10 минут при напряжении около7,5В. Она используется для питания таймера типаХМ-811 ракет
  

• 

  24 слайд

  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 случае в 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 никель-кадмиевые и никель-металлгидридные
  

• 

  25 слайд

  Кислотные аккумуляторы.
  Характеризуются следующими параметрами:
  - ЭДС заряженного аккумулятора 2,6 – 2,8 В;
  - ЭДС разряженного аккумулятора 1,7 – 1,8 В;
  - КПДдо80%;
  

• 

  26 слайд

  Щелочные аккумуляторы.
  Наряду с кислотными аккумуляторами широкое распространение получили щелочные аккумуляторы, где электролитом служит едкий калиил и 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 – кадмийи 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 аккумулятора0,8 – 1,0 В;
  - КПД до 60%;
  - срок службы(количество циклов заряд-разряд) 500 – 1000;
  - саморазряд в сутки 1,5%.
  

• 

  27 слайд

  Эксплуатация аккумуляторов
  Аккумуляторы и аккумуляторные батареи требуют более сложного ухода, чем первичные ХИТ, и эти осложнения в значительной степени связаны с процессом заряда. Если режим разряда аккумуляторов определяется особенностью питаемой аппаратуры, то режим заряда зависит в основном от особенностей самих аккумуляторов. Из-за газовыделения при заряде большинство аккумуляторов имеет негерметичную конструкцию, что влечет за собой дополнительные эксплуатационные осложнения по сравнению с первичными ХИТ.
  Режимы эксплуатации.
  Различают три режима эксплуатации аккумуляторов: переключения, буферный и аварийный. В режиме переключения аккумуляторная
  Батарея разряжается и заряжается по очередно. Это характерно, для переносной РЭА, питающейся от герметичных
  аккумуляторов.
  

• 

  28 слайд

  Способы заряда аккумуляторов.
  В большинстве случае в зарядные устройства снабжены системами, позволяющими поддерживать постоянным один из электрических параметров: напряжение и литок заряда. В
  зависимости оттого, какой электрический параметр выдерживается, различают два основных способа заряда:
  При постоянном токе и при постоянном напряжении. используются разнообразные комбинированные способы заряда. Во всех этих способах с целью сокращения газовыделения используют в начальной стадии большие токи заряда, а в конечной– небольшие токи.
  В некоторых случаях для заряда аккумуляторов (особенно щелочных) Используют асимметричный переменный ток, полученный наложением постоянного и переменного токов.
  

• 

  29 слайд

  Источники питания являются неотъемлемой составной частью различной радиоэлектронной аппаратуры. В зависимости от конкретного вида РЭА к источникам питания могут предъявляться различные требования.
  Требуются высокостабильные и надежные источники питания, стоимость которых приближается к стоимости питаемой ими аппаратуры и превышает ее
  Важное значение приобретает анализ экономических показателей.