Аккумуляторы подбирают к технике исходя из их напряжения. Например, 1,5-вольтные перезаряжаемые батарейки типа АА для радиоуправляемых игрушек, 12-вольтные стартерные АКБ для автомобилей или 48-вольтные тяговые батареи для вилочных электропогрузчиков. Существует множество мифов об этом явлении. Многие не понимают, как оно работает, какую опасность представляет.
Напряжение батареи – это разница в заряде между отрицательным и положительным полюсами. Плюс – это более положительный электрический потенциал, а минус – более отрицательный. С увеличением разности потенциалов напряжение растет. По сути, это давление, толкающее электроны из одной точки в другую. Например, на отрицательной клемме избыток электронов, а на положительной клемме электронов не хватает. Чем больше электронов на отрицательной клемме по сравнению с положительной, тем выше напряжение.
Как это работает в литий-ионной батарее
В состав литиевого аккумулятора входят анод, катод, электролит, сепаратор. Анод – положительный электрод, который изготавливается из цинка, лития, графита или платины. Катод – отрицательный электрод, который изготавливается из какого-либо окисляющего металла, например, оксида лития, оксида меди или оксида графита. Поскольку анод и катод разделены, то электроны не могут свободно перетекать с одной стороны на другую. Когда клеммы аккумулятора соединены проводником, электроны перемещаются по нему от анода к катоду, что создает ток.
Разницу между напряжением в вольтах (В) и током в амперах (А) в аккумуляторе понять довольно просто. Вольты говорят о разности потенциальной энергии электронов, амперы – о скорости, с которой протекают электроны. Чем выше амперы, тем быстрее текут электроны.
«Нормальный» вольтаж аккумулятора зависит от химического состава ячеек. Ячейки с одинаковым химсоставом производят одинаковое напряжение, поскольку происходят одинаковые окислительно-восстановительные реакции. В дополнение к химическому составу, более высоковольтные аккумуляторы состоят из большего количества последовательно соединенных элементов.
Как измерить напряжение литий-ионной батареи
Измерение вольтажа помогает определить:
- сколько энергии способен выдать аккумулятор;
- подойдет ли он для питания определенного электрического оборудования;
- какой уровень заряда доступен.
Измерение выполняется с помощью вольтметра, мультиметра или батарейного монитора. Эти устройства используют датчики для определения разности электрических потенциалов между двумя точками, а затем выводят значение на экран.
Напряжение свинцово-кислотных и литиевых батарей
Полностью заряженный аккумулятор выдает более высокое напряжение, чем частично или полностью разряженный. Иными словами, его вольтаж изменяется в зависимости от степени заряда. Свинцово-кислотные батареи более подвержены падению напряжения, чем литий-ионные. Например, 12-вольтная свинцовая АКБ при полной зарядке выдает около 12,7 В, а при 20% емкости – лишь 11,6 В. Аналогичная по вольтажу литиевая батарея выдает 13,6 В при полной зарядке, 12,9 В при 20% емкости.
Опасно ли напряжение аккумулятора
Напряжение не опасно для человеческого тела, даже при высокой силе тока, пока не превысит 50 В. Так происходит потому, что сопротивление рук и ног человека составляет не менее 500 Ом. Таким образом, при напряжении 50 В смертельный ток не пройдет в туловище и сердце. Если напряжение превышает 50 В, то человеческое тело становится проводником тока, что смертельно опасно.
Воздействие высоковольтного электричества (все, что выше 50 В) вызывает ожоги, переломы костей, потерю слуха, повреждения глаз, остановку сердца, даже смерть. Прохождение 10 мА через человеческое сердце может привести к смертельной аритмии. Таким образом, любое напряжение свыше 50 В следует считать опасным. Хотя, по сути, опасен скорее ток, а не само напряжение. Оно просто говорит о «давлении», перемещающем электроны из одного места в другое. Вопрос заключается в том, достаточно ли велико это «давление», чтобы ток проник в человеческое тело.