Среди изобретений человека именно аккумулятор является одним из самых значимых. Благодаря появлению портативных источников энергии, каждый из нас сегодня может носить с собой целые мобильные центры и всегда иметь доступ к необходимой информации или средство связи.
Введение
Помимо того, что аккумуляторы используются в портативных гаджетах, они ещё нашли применение и в совершенно разнообразной технике. В автомобиле есть аккумуляторы, фонарик работает от аккумуляторной батареи, портативные нагреватели работают от аккумуляторных батарей.
Ну и, конечно же, аккумуляторные батареи используются в торговом оборудовании. Сложно представить себе портативную кассу без источника питания. Само собой, что в качестве такого источника используется именно батарея.
Аккумуляторные батареи, используемые в торговом оборудовании, бывают разные. Очень полезно знать, какие типы аккумуляторов используются в современных устройствах. От типа батареи зависит срок жизни самого устройства (т.к. часто заменить батарейку бывает дороже, чем купить новое устройство) и его удобства (например, если использовать кислотно-свинцовые аккумуляторы, то говорить о портативности такого оборудования можно весьма условно, больно уж тяжелый аккумулятор будет). Кроме того, от типа аккумуляторной батареи зависит её ремонтопригодность и особенности эксплуатации.
В этом материале мы рассмотрим все важные моменты, которые будут полезны любому пользователю современной аккумуляторной батареи, ну а заодно обсудим варианты ремонта батарей.
Наше видео про аккумуляторы
Как работает аккумулятор
Любой аккумулятор представляет собой систему, способную превращать химическую энергию в электрическую. Для того, чтобы это превращение произошло, нужно использовать различные варианты взаимодействия, способные выделять электрическую энергию. Иными словами, необходимо обеспечить протекание химических реакций, которые и будут являться инициатором высвобождения свободных электронов.
Аккумулятор умеет заряжаться и разряжаться. По сути дела, зарядка и разрядка - это разные химические реакции.
Если упростить логику, то аккумулятор у нас - это замкнутая система, состоящая из положительной обкладки, отрицательной обкладки и электролита, заполняющего пространство между обкладками. Всё это смонтировано в специальном корпусе. Электролит может быть жидкий или твёрдый, вариантов сегодня огромное количество. Но прежде, чем обсуждать этот вопрос, давайте вернемся именно к логике работы аккумуляторной батареи.
Итак, давайте заведомо всё упростим. Представим, что когда мы заряжаем аккумулятор, электрический ток наливается в него, как чай из чайника наливается в стакан. Процесс разрядки, соответственно, будет совершенно обратным - мы будем сливать электрический ток из аккумулятора, как молоко в миску для кота, тем самым опустошая емкость аккумулятора.
Тут мы случайно вспомнили ещё одну важнейшую характеристику любого аккумулятора - это его емкость. Для простоты понимания емкость можно представлять себе как объем аккумулятора, куда можно налить некоторое количество электричества. Если объем чашки измеряется в миллилитрах, то емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах или милиампер-часах. Определяет этот параметр то, сколько полезной энергии сможет взять потребитель из этого аккумулятора.
Теперь обдумаем вопрос электрического тока. Что такое электрический ток? Это упорядоченное движение частичек. Для простоты понимания удобно представлять себе электрический ток в виде потока жидкости. Так будет легко понять связь емкости аккумулятора с его способностью отдавать электрический ток.
Соответственно, чем больше чая в нашей чашке, тем больше его можно выпить :) Аналогичная ситуация и с аккумулятором - чем больше там тока (читай как "больше емкость"), тем большее время он сможет отдавать заряд своему потребителю. "Количество тока" определяется количеством частиц, которые смогли закачаться в аккумулятор. Это те самые частички, которые перемещаются направленно в случае электрического тока.
Как заряжается и разряжается аккумулятор
Теперь мы переходим к самому главному. Процессу зарядки и разрядки.
Когда аккумулятор заряжается, он аккумулирует в себе электроны, передаваемые ему источником. Эти электроны доставляются до него электрическим полем прямиком от источника (в простонародье - от зарядника) и запасаются внутри аккумулятора. Но где же они запасаются? Они располагаются на электродах. Правда это не так просто, как хотелось бы. Без вспомогательного вещества, расположенного между обкладками аккумулятора, просто разместить частички было бы невозможно. В дело вступает электролит, расположенный между обкладками аккумулятора. В данном случае, электролитом тут является серная кислота с водой. Это самый простой вариант аккумулятора.
На схеме приведены процессы зарядки (а) и разрядки (б) кислотно-свинцового аккумулятора. Когда электрический ток проходит через электролит, на обкладках, в результате химической реакции "образуется" PbSO4, когда аккумулятор разряжается всё происходит в обратном порядке. Носителем ионов является электролит между пластинами. Ну а дальше, просто остается менять направления протекания электронов через эту цепь. Если аккумулятор заряжается, то образуется PbSO4, если разряжается - он пропадает.
Вы можете сказать, что в современной технике используются совершенно другие аккумуляторы, обладающие отличающейся химией. Но логика работы всегда сохраняется одна и та же. Частички от зарядника поступают в раствор, благодаря взаимодействию с электронами происходит образование ионов и они аккумулируются на противоположных по знаку пластинах. Значит, появляются условия для образования электрического тока.
Какие типы аккумуляторов существуют
Логика работы у всех аккумуляторов примерно одинаковая вне зависимости от их химии. Всегда мы будем иметь раствор электролита в твердом или жидком виде, электроды и корпус, в котором всё это собрано. Но у каждого типа аккумулятора есть некоторые специфические особенности. Давайте рассмотрим наиболее часто встречающиеся типы аккумуляторных батарей.
Кислотно-свинцовые аккумуляторы
Один из самых "древних" типов аккумуляторных батарей. Обладает высокой выносливостью и способен работать практически при любых условиях эксплуатации. Одинаково успешно и без потери емкости работает при любых температурах с совершенно незначительной просадкой. Может отдавать огромные (по меркам других моделей) разрядные токи и имеет солидную емкость. Но, между тем, в современном торговом оборудовании практически не используется.
Причина тут простая - это огромная масса самой батареи. Если мы с вами хотим запитать автономное стационарное устройство, то такой аккумулятор будет неплох. Но если же нам нужно использовать аккумулятор в портативном устройстве, то эта химия вряд ли подойдет. Правда до тех пор, пока не появились более совершенные варианты батарей, довольно успешно использовались и кислотно-свинцовые аккумуляторы.
Литий-ионный аккумулятор
Большая часть сканеров штрих кода и кассового оборудования сегодня используют именно этот тип аккумуляторов. И не удивительно. Литий-ионный аккумулятор зарекомендовал себя с самой лучшей стороны - он относительно быстро заряжается, имеет небольшую массу (что делает его пригодным для использования в портативном торговом оборудовании - терминалах сбора данных и т.п.), имеет высокие занчения кпд и приемлемую емкость. Скорость зарядки довольно высокая. На данный момент эта технология получила наибольшее распространение, ну а соответственно и портативное торговое оборудование работает именно на этой "химии".
Правда не лишены эти аккумуляторы и минусов. Они очень капризны и плохо реагируют на работу в агрессивных условиях. Зимой они теряют значительную часть емкости, а заряжать холодный аккумулятор и вовсе нельзя, так как это чревато его поломкой и полным выходом из строя. Заряжать аккумулятор можно только специальной системой, оснащенной платой BMS. Иногда она бывает встроенной в банку аккумулятора, а иногда необходимо устанавливать её отдельно.
Именно капризность этого типа батареек приводит к тому, что сканер не включается или ТСД не показывает логотип фирмы, или касса не работает в автономном режиме. Ломаются аккумуляторы литий-ион неожиданно и безвозвратно. Если кислотно-свинцовая батарея сначала начнет хандрить и потеряет львиную долю емкости, то литий-ион не будет показывать такие симптомы. Он просто будет отрубаться. Во многом это следствие работы системы BMS, которая не позволяет нагрузке окончательно добиться элемент батареи.
Никель-кадмиевый аккумулятор
Этот тип аккумуляторов знаком нам по активному их использованию в фотоаппаратах, плеерах, шурповертах и других развлекательных и хозяйственно-бытовых технических устройствах. Отличается он довольно ядреной дуропрочностью и практически не убиваемый. Однако, токоотдача этого элемента остается желать лучшего. Именно поэтому, многие современные устройства, например те же портативные кассы или терминалы сбора данных работают на литиевых аккумуляторах. Никель-кадмиевые же аккумуляторы так и остались уделом шуруповертов и портативных полировалок.
Есть у аккумуляторов этой химии одна великолепная особенность. Такие аккумуляторы имеют возможность восстанавливаться. Несмотря на то, что и кислотно-свинцовые аккумуляторы тоже можно восстановить и сделать десульфацию, но никель-кадмиевые аккумуляторы регенерируются очень просто с одной только зарядкой, работающей в специальном режиме. Правда, само собой, если срок жизни аккумулятора вышел или израсходован ресурс разрядов-зарядов, то никакое восстановление не поможет. Однако, если аккумулятор пролежал в разряженном состоянии десять лет, то есть все шансы его оживить.
Близкий родственник этой химии - это металл-ангидридные аккумуляторы. Они тоже весьма хороший, но являются ближайшими братьями кадмиевых. В торговом оборудовании основное применение находили именно никель-кадмиевые батареи.
Литий-полимерный аккумулятор
Есть ещё один вариант химии аккумулятор, которые встречаются в торговом оборудовании. Одно время такие аккумуляторы устанавливали на терминалы сбора данных и на портативные кассы. Это литий-полимерные аккумуляторы.
У аккумуляторов этого типа есть одна важная особенность. При неправильной эксплуатации эти аккумуляторы могут самовозгораться или даже взрываться. Само собой, речь идёт только о неправильной эксплуатации. Но пользователь далеко не всегда знает, что аккумулятор используется неправильно. Например, от воздействия агрессивной внешней среды, этот тип аккумулятора может вздуваться. После этого батарея уже работает неправильно и в аварийном режиме. Если этот момент не заметить, а заметить его будет сложно, если аккумулятор запрятан, например, в корпусе кассовой машины, то при избыточном заряде или разряде такой аккумулятор может бахнуть.
Если же вернуться к техническим особенностям этого аккумулятора, то они довольно надежны, имеют высокую емкость и могут заряжаться гораздо быстрее, чем литий-ионные аккумуляторы. В целом, полимеры более капризные, но при аккуратном использовании способны продемонстрировать гораздо более высокие показатели, чем остальные варианты.
В торговом оборудовании на данный момент практически не используются из-за их высокой стоимости и капризного нрава.
Важнейшие характеристики аккумулятора
Для подбора нового аккумулятора для сканера или кассы, нужно уметь "читать" его характеристики. У каждого аккумулятора есть:
- Рабочее напряжение - измеряется в Вольтах и всегда приводится на корпусе любой аккумуляторной батареи. При подборе батареи обратите внимание на ваш потребитель (то устройство, которое надо запитать) и выберите рабочее напряжение, эквивалентное этому параметру. Превышать показатели нельзя, поскольку если подключить сканер, работающий при 4 Вольтах, запитать на 2 Вольт, то скорее всего, он погибнет и сгорит.
- Ток максимального разряда - измеряется в Амперах и важен для живучести аккумулятора
- Емкость - измеряется в ампер-часах или в милли-ампер часах. Показывает, сколько аккумулятор может отдавать указанный ток. Когда вы выбираете новый аккумулятор, значение должно быть таким же, как у старой батареи или быть выше (что лучше)
- Вес, размер, габариты - ну это совсем очевидные характеристики. Просто помните, что аккумулятор должен подойти к вашей системе физически.
Какова конструкция аккумулятора
Все аккумуляторные батареи имеют примерно схожую конструкцию. Вне зависимости от химии логика работы остается примерно одинаковой.
Для начала отметим, что батарея может быть снабжена системой BMS или не снабжена. Эта система нужна для мониторинга заряда, балансировки ячеек аккумулятора и вообще управления работой батареи. Нужна она в тех случаях, когда мы работаем с батареями типа литий-полимер или литий-ион. В классических кислотно-свинцовых аккумуляторах эта система не используется. Это первое отличие, которое можно назвать отличием классов батарей друг от друга.
Теперь вернемся к самим аккумуляторам и опустим надстройки типа BMS.
Любой аккумулятор состоит из элементов, которые объединяются в ячейки.
Ячейки объединяются в целую аккумуляторную батарею.
Элемент - это мельчайшая часть аккумулятора. Батарея может состоять всего из одного элемента. Такое часто встречается в сканерах штрих-кода. В случае литий-ион - это банка. В случае литий-полимер - это "котлета". В случае кислотно-свинцового аккумулятора - это резервуар внутри огромной батареи. Дальше ячейки соединяются последовательно или параллельно и образуют целую систему.
Теперь про элемент в отдельности. Чуть выше мы сказали, что элемент батареи должен состоять из корпуса, двух электродов и электролита между ними. Вне зависимости от типа химии, описанной чуть ранее, конструкция элемента будет примерно одинакова. Дальше будут отличаться только варианты электролита или компоновка.
Например, в случае кислотно-свинцовой батареи, элемент состоит очень просто. Есть резервуар, в этом резервуаре находится электролит, представленной смесью серной кислоты и дистиллированной воды. Внутри электролита плавает группа свинцовых пластин, которые являются электродами. Именно на них происходят окислительно-восстановительные реакции с образованием электрического тока. У группы пластины есть положительный полюс и отрицательный. Вот, собственно, и всё.
Дальше эти элементы объединены в одну большую батарею.
Если мы рассмотрим элемент любой другой химии, то конструкция останется аналогичной.
Симптомы поломки аккумулятора
Очень часто при выходе из строя кассового аппарата или любого другого типа торгового оборудования, виноватым в поломке является именно аккумулятор. Если ваша портативная касса вышла из строя (кстати говоря, здесь мы писали про то, какие варианты ремонта кассы могут вам помочь), то первым делом проверяйте аккумуляторную батарею.
Какие симптомы подскажут вам, что у вашей кассы или штрих сканера погиб аккумулятор? Их несколько.
- Устройство отключается неожиданно и при этом индикатор заряда (если таковой имеется) сначала показывал 100%, а теперь показывает 1%. Это самый распространенный пример.
- Аккумулятор заряжался долгое время и простоял при показателе 100% заряда 3-4 часа. Но после этого, при первом же включении аккумулятор протянул 2-3 минуты, а затем повторился пункт номер 1.
- Очевидный пункт - устройство вовсе не включается. Вы зажимаете кнопку включения, а эффекта нет. При этом батарея заряжалась долгое время, а индикатор заряда показывал 100%.
- Следующий очевидный пункт - сократилось время автономной работы. Касса работала три часа, а стала работать в автономном режиме 20 минут.
Как отремонтировать аккумулятор
Любой аккумулятор можно отремонтировать. Правда когда речь идёт про аккумуляторы для торгового оборудования, всегда проще купить новую батарею.
Мы обсудили устройство аккумулятора и сказали, что батарея состоит из ячеек и элементов. Как правило, причиной поломки аккумулятора является выход из строя одного элемента. Остальные элементы просто не способны тянуть большую нагрузку. Но есть и ещё один фактор - когда система оборудована платой BMS. Тогда сама система защиты батареи отрубает нагрузку в случае, если один из элементов в ячейке резко теряет напряжение.
Единственным способом ремонта батареи торгового оборудования является замена убитого или сломанного элемента. Нужно найти в точности такой же элемент и впаять новый вместо поврежденного старого.
Найти старый поврежденный элемент бывает непросто. Для этого нужно вооружиться мультиметром и электрической табуреткой, а также уметь считать показатели, которые должны приходиться на один элемент. Дальше аккумулятор подвергается ускоренному разряду с помощью электрической табуретки и замеряется просадка в Вольтах на каждом элементе и там, где показатели отклоняются от общей картины, элемент сломан. Бывают и простые случаи - например, когда на элементе есть очевидные механические повреждения.
Ремонт же самого по себе элемента невозможен. Всё это возможно только в заводских условиях. И если раньше в кислотно-свинцовый аккумулятор можно было подлить дистиллированной водички, то сейчас даже батареи этого типа необслуживаемые. Последнее, в целом, логично. Ведь если представить себе кассу, из которой хлещет кислота от аккумулятора, становится страшно.
Случаются и простые механические поломки. Например, один элемент может оторваться от ячейки, а ячейка может потерять контакт с основным блоком батареи. Эти недуги лечатся очень легко, правда случаются не так часто.
Заключение
Мы рассмотрели основные проблемы, которые могут возникнуть у вас при использовании аккумуляторов в терминалах сбора данных, в мобильных кассах или сканерах штри-кодов. По сути дела, эта информация относится ко всем современным портативным устройствам.
Если у вас остались какие-то дополнительные вопросы, то пожалуйста пишите их под нашим тематическим видео в этой статье, а мы обязательно ответим на них!
Оригинал статьи на нашем сайте https://ev-group.ru/blog/accum/