Аккумулятор

Аккумулятор

Аккумулятор (от лат. accumulator – «собиратель») означает устройство, используемое с целью накопления энергии для ее последующего применения. Существует несколько разновидностей аккумуляторов.

В основе действия электрического аккумулятора лежит преобразование электрической энергии в химическую, причем подобный вид аккумуляторов впоследствии обеспечивает и обратное превращение – преобразует химическую энергию в электрическую. Химические источники электрического тока в подобных аккумуляторах обычно многоразового пользования, и восстановление их работоспособности традиционно осуществляется путем заряда. Заряд – это пропускание электрического тока в направлении, которое обратно направлению движения тока при разряде.

Впервые опыт по созданию электрического аккумулятора был проведен в начале XIX в. В. В. Петровым и И. Риттером. Огромный вклад в изучение свойств, разработку и совершенствование конструкции аккумуляторов внесли русские ученые Э. Х. Ленц, Д. А. Лачинов, Е. П. Тверитинов, Н. Н. Бенардос, П. Н. Яблочков, М. П. Авенариус, а также английский физик У. Гров, француз Г. Планте и другие ученые. Приведем статистику: в мировой практике лишь по одному свинцовому аккумулятору уже к 1937 г. было зарегистрировано около двадцати тысяч патентов. А в 1900 г. Т. А. Эдисоном был изобретен аккумулятор щелочного типа, который получил довольно широкое распространение.

В состав электрического аккумулятора входят два электрода, которые погружены в раствор электролита, при этом разность потенциалов между электродами будет составлять электродвижущую силу аккумулятора. Важно отметить, что химическая энергия преобразуется в электрическую только тогда, когда электрическая цепь замкнута на основе химической, т. е. токообразующей реакции.

Более распространены электрические аккумуляторы, которые в зависимости от электрохимической схемы подразделяются на свинцовые (или кислотные), кадмиево-никелевые (т. е. щелочные) и железо-никелевые (тоже щелочные), существуют также серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы. Характеризуются аккумуляторы прежде всего сроком службы, т. е. числом возможно осуществимых циклов «заряд – разряд», которые могут быть проведены без ощутимого падения характеристик. Работа аккумуляторов характеризуется и электрическим зарядом (для описания этой характеристики широко используется термин «емкость»), т. е. то количество электричества в единицах измерения – кулонах, килокулонах или же ампер-часах, которое аккумулятор способен отдать при разряде. Еще одна характеристика – это среднее напряжение в вольтах во время заряда и разряда, а также удельная энергия в джоулях, килоджоулях либо в ваттах в час, которая снимается при разряде с одного килограмма массы либо с одного кубического дециметра объема, отдача по энергии, т. е. коэффициент полезного действия (1 А/ч – 3600 Кл, 1 Вт/ч – 3600 Дж).

Электрический аккумулятор нашел широкое применение. Например, его используют на транспорте в качестве автономного источника электроэнергии. Применяются электрические аккумуляторы на автомобильном транспорте, в авиации, средствах связи.

К примеру, на электрических станциях, телеграфных или телефонных узлах связи традиционно используют стартерные аккумуляторные батареи разновидности 6СТ-68ЭМС либо 6ТСТ-120ЭМС, а также стационарные аккумуляторы СН-1, СН-З. В авиации и средствах связи, как и в электротранспортных машинах и на космических аппаратах, используют аккумуляторы второго типа, их используют и с целью питания переносной аппаратуры.

Применение тяговых аккумуляторов ТНЖ-ЗООВМ имеет место прежде всего на электропогрузчиках или электроштабелерах, а герметичных кадмиево-никелевых аккумуляторов КНГМ-10Д – для шахтного светильника.

КНГ-1Д используют в протезах с биоэлектрическим управлением, а использование КНГЦ-ЗД, дисковых аккумуляторов и батарей Д-0,06, Д-0,25 или 7Д-0,1 имеет место, когда требуется питание для малогабаритного радиоприемника, электрического фонаря, слухового аппарата, фотовспышки и т. д. Что же касается аккумуляторов третьей и четвертой групп, то они находят применение как в авиации и средствах связи, так и в киносъемочной аппаратуре. Еще один вид аккумуляторов – гидравлические, или пневматические.

Аккумуляторы, которые действуют за счет накопления жидкости (или, соответственно, газа – в пневматическом аккумуляторе), которая поступает от насоса (или, соответственно, компрессора) и отдается во время наибольшего расхода. Используются гидравлические (пневматические) аккумуляторы для того, чтобы выравнивать давление или расход жидкостей (либо газов) при работе гидравлических или пневматических установок.

Гидравлические аккумуляторы используются с целью выравнивания давления, а также расхода жидкостей и газов внутри гидравлических установок. При этом выделяют в этой группе аккумуляторы грузовые, воздушные, а также поршневые и беспоршневые. Применение гидравлических аккумуляторов оправданно прежде всего при наличии систем с резко переменными расходами жидкостей или газов. Действие гидравлического аккумулятора основано на том, что во время уменьшения потребления аккумулятор способен накапливать жидкость (или, соответственно, газ), которая поступает от насоса (или компрессора), и отдавать ее в момент наибольшего расхода. В составе системы имеется резервуар цилиндрической формы, внутри которого находится перемещающийся поршень. В этот резервуар под давлением нагнетается жидкость, давление создается и поддерживается на постоянном уровне благодаря действию извне на поршень какого-либо груза, воздуха из подключенной к данной установке пневмосети и т. д.

В беспоршневых аккумуляторных системах давление создается и удерживается на одном уровне благодаря действию давления внутри пневмосети, которая непосредственно соединена с резервуаром аккумулятора, при этом давление воздуха равняется давлению жидкости.

Разновидностью гидравлических аккумуляторов являются пневматические варианты, которые используются с целью уменьшения колебания давления воздуха, предварительно сжатого, внутри пневматической сети. Применение гидравлические аккумуляторы нашли в крупной пневматической сети, на ветроэлектростанции и т. д. Гидравлические аккумуляторы, по сути, являют собой резервуар, который включен в воздуховод и снабжен предохраняющим его клапаном, с помощью которого регулируется заданное предельное давление.

Широко применяются и тепловые аккумуляторы, запасающие тепловую энергию, которая затем расходуется при покрытии пиков тепловых нагрузок. Происходит это в основном при повышении давления пара внутри котла. Тепловые аккумуляторы служат для накопления тепловой энергии, чтобы выровнять тепловую и силовую нагрузку и устранить перебои снабжения паром и энергией в промышленных установках. Наконец, имеется еще один тип аккумуляторов – инерционные аккумуляторы, в которых происходит преобразование работы внешних сил в другой вид энергии – кинетическую. Чаще всего таким аккумулятором служит вращающийся маховик. Вообще инерционные аккумуляторы представляют собой движущиеся тела, количество движений которых значительно больше количества движений внешних сил, воздействующие на эти тела. Более часто в роли инерционных аккумуляторов используют вращающиеся маховики – к примеру инерционный двигатель, который получил распространение в производстве детских игрушек.