Назначение и общее устройство аккумуляторной батареи. Из чего состоит аккумулятор. Как устроен литий-ионный аккумулятор
Автомобильный аккумулятор является важным элементом электрооборудования - наряду с генератором выступает источником тока. В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет несколько функций:
- питание стартера при запуске двигателя;
- питание потребителей при выключенном двигателе;
- питание потребителей в дополнение к генератору при включенном двигателе.
При совместной работе с генератором аккумуляторная батарея обеспечивает переходные процессы, требующие большого тока, а также сглаживает пульсацию тока в электрической сети.
Устройство аккумуляторной батареи
На легковых автомобилях в качестве стартерных применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Конструкция аккумуляторных батарей постоянно совершенствуется.
Каждая батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, объединенных в одном корпусе. Корпус изготавливается из пропилена, стойкого к кислоте и не проводящего ток. Отдельный аккумулятор объединяет чередующиеся положительные и отрицательные электроды, покрытые слоем активной массы. Изоляцию пластин противоположной полярности обеспечивает пластмассовый сепаратор.
Электроды изготавливаются из свинцового сплава. В современных аккумуляторах положительные и отрицательные электроды изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава. Такие батареи имеют низкий уровень саморазряда (потеря 50% емкости за 18 месяцев) и минимальный расход воды (1 г/Ач). Это дает возможность полностью исключить добавление воды за период эксплуатации – необслуживаемая аккумуляторная батарея .
Реже можно встретить более дешевую конструкцию, т.н. гибридную аккумуляторную батарею . В ней положительные электроды свинцово-сурмяные, а отрицательные – свинцово-кальциевые. В таких батареях расход воды в полтора-два раза больше кальциевой батареи, но они также не требуют обслуживания.
Для повышения стойкости электродов к коррозии в свинцово-кальциевый сплав может добавляться серебро, олово.
Электроды имеют решетчатую структуру. Технологии изготовления положительных и отрицательных электродов отличаются. Решетка отрицательных электродов по технологии Expanded metal получается путем просечки свинцового листа с последующей растяжкой.
При производстве положительных электродов используется несколько технологий. Самая совершенная технология Power Frame . Каждый электрод Power Frame имеет опорную раму и внутренние жилки определенной направленности, чем достигается высокая жесткость и минимальное линейное расширение. Более простые электроды, изготовленные по технологии Power Pass (вертикальные жилки стягиваются к ушку электрода), Chess Plate (жилки электродов расположены в шахматном порядке).
Каждый электрод покрывает слой активной массы. У положительных электродов активная масса состоит из диоксида свинца. В отрицательных пластинах активная масса представлена губчатым свинцом.
Электроды помещены в электролит, в качестве которого используется раствор серной кислоты. Электролит имеет определенную плотность, которая изменяется в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи (чем выше заряженность, тем выше плотность ).
В зависимости от физического состояния электролита различают два вида аккумуляторных батарей: с жидким электролитом и с пропитавшим специальный материал (нежидким) электролитом. Сегодня наиболее распространены аккумуляторные батареи с жидким электролитом.
Новые системы автомобиля, такие как система стоп-старт , система рекуперативного торможения , предъявляют повышенные требования к аккумуляторной батарее - высокий пусковой ток, стойкость к глубокому разряду, долговечность. Этим требованиям отвечают аккумуляторные батареи AGM (Absorbed Glass Material), в которых электролит удерживается в микропористом материале. В батарею заливается такое количество электролита, которое может впитать материал. Данная технология обеспечивает повышение эффективности активной массы за счет лучшего поглощения кислоты.
Промежуточное положение между аккумуляторами с жидким электролитом и AGM батареями занимают аккумуляторные батареи EFB (Enhanced Flooded Battery) – технология влажного электрода. В батарее EFB электроды покрыты пленкой из микроволокна, которая удерживает энергию и обеспечивает стабильность к циклическому разряду. Батарея, при этом, заполнена жидким электролитом.
В перспективе аккумуляторы типа AGM и EFB полностью заменят свинцово-кальциевые батареи с жидким электролитом. Сдерживающим фактором пока выступает высокая цена новых источников тока.
Зарядка аккумуляторной батареи сопровождается газообразованием. Отвод газов от аккумуляторной батареи осуществляется с помощью системы вентиляции. Центральная система вентиляции соединяет каждый отдельный аккумулятор в составе батареи с атмосферой. За счет предохранительных клапанов система герметична. Клапан устанавливается в пробке аккумулятора и срабатывает при определенном избыточном давлении. Система носит название Valve Regulated Lead Acid Battery или VRLA батарея. Кислород и водород, образующиеся при заряде, не покидают аккумулятор, а взаимодействуют между собой с образованием воды. Их выход происходит только при высоком напряжении заряда.
Система вентиляции лабиринтной конструкции более совершенна. Она обеспечивает конденсацию выходящих паров и возвращение жидкости обратно в аккумулятор. Отдельные аккумуляторные батареи оборудуются пламегасителем, который в случае возгорания выходящих паров отсекают пламя от батареи и не пускают его внутрь. Пламегаситель устанавливается на выходе вентиляционной системы и представляет собой мембрану из особого материала.
Подключение аккумуляторной батареи к электрической сети производится с помощью двух свинцовых выводов. Положительный вывод всегда толще отрицательного, что исключает ошибку при подключении батареи. Полярность (расположение) выводов может быть прямой или обратной. При прямой полярности положительный вывод батареи расположен слева, при обратной полярности справа. Необходимо помнить, что длина проводов, которыми подключается аккумулятор, рассчитана на определенную полярность.
Автомобильные аккумуляторы оборудуются индикатором заряженности батареи, т.н. «глазком». Плотность электролита оценивается по цвету «глазка» («зеленый» – батарея заряжена, «черный» – недостаточный заряд, «желтый» – низкий уровень электролита).
На автомобиле аккумуляторные батареи жестко закрепляются с помощью специального крепления, предупреждающего их повреждение и разлив электролита. Крепление может быть верхнее (рамка) или нижнее (скоба, закрепляемая за выступы основания). Для батарей, располагающихся в центральной части или багажнике автомобиля предусматривается аварийный размыкатель аккумуляторной батареи .
Работа аккумуляторной батареи
Принцип действия аккумуляторной батареи основан на преобразовании электрической энергии в химическую энергию при заряде и наоборот химической энергии в электрическую при разряде. Работа аккумуляторной батареи носит циклический характер: разряд-заряд.
Разряд происходит при подключении потребителей. При разряде активная масса положительных (диоксид свинца) и отрицательных (губчатый свинец) электродов взаимодействует с электролитом. При этом образуется сульфат свинца и вода, плотность электролита уменьшается.
При работающем двигателе аккумуляторная батарея заряжается от генератора. Аккумуляторную батарею также можно зарядить с помощью специального зарядного устройства. При зарядке сульфат свинца и вода преобразуются в свинец, двуокись свинца и серную кислоту. Плотность электролита повышается.
Заряд батареи должен производиться при оптимальном напряжении. Высокое напряжение приводит к сильному разложению воды и снижению уровня электролита. Низкое напряжение чревато неполной зарядкой батареи и, соответственно, уменьшением срока ее службы.
Работа аккумуляторной батареи зависит от температуры окружающего воздуха. При повышении температуры увеличивается отдаваемая мощность, но вместе с ней увеличивается саморазряд и коррозия электродов. Понижение температуры сопровождается снижением разрядной емкости, замедлением химических процессов и уменьшением плотности электролита.
При отсутствии нагрузки процессы в аккумуляторной батарее продолжаются - происходит ее саморазряд. Величина саморазряда зависит от температуры окружающего воздуха и конструкции батареи (электродов).
Срок службы аккумуляторной батареи составляет в среднем 4-5 лет и во многом зависит от режима эксплуатации. Производители постоянно работают над повышением эффективности аккумуляторной батареи, увеличением срока ее службы. Среди перспективных направлений:
- внедрение системы управления энергетическим балансом (регулирует подключение потребителей );
- использование двух аккумуляторных батарей (одна для запуска, другая для всего остального );
- совершенствование конструкции аккумуляторных батарей (AGM, EFB технологии ).
Параметры автомобильного аккумулятора
Основными параметрами автомобильной аккумуляторной батареи являются: номинальная емкость, номинальное напряжение и ток холодной прокрутки. Данные параметры отражаются в маркировке аккумуляторной батареи, которая наносится на корпусе.
Номинальная емкость определяется отдаваемой энергией полностью заряженной батареи при двадцатичасовом разряде. Измеряется в ампер-часах (Ач). К примеру, батарея емкостью 50 Ач в течение двадцати часов может отдавать ток 2,5 А.
Большее практическое значение имеет т.н. резервная емкость . Данный неофициальный параметр измеряется в минутах. Резервная емкость аккумуляторной батареи легкового автомобиля при нагрузке 25 А и падении напряжения до 10,5 В должна составлять не менее 90 минут. В течение данного промежутка времени аккумулятор может работать за себя и за генератор.
Номинальное напряжение аккумуляторной батареи складывается из напряжения отдельных аккумуляторов. Номинальное напряжение аккумуляторной батареи легкового автомобиля составляет 12 В.
Ток холодной прокрутки определяет возможность аккумуляторной батареи при запуске в холодное время. Представляет собой величину тока, который батарея способна отдать при температуре -18оС в течение 10 с напряжением не менее 7,5 В. Чем выше ток холодной прокрутки, тем легче двигатель будет запускаться зимой.
Приветствую вас друзья на сайте по ремонту автомобилей своими руками. Аккумулятор уже давно стал частью нашей жизни и ключевым элементом большинства механизмов, устройств и агрегатов.
Не исключением являются и автомобили, которые без аккумулятора сложно, а иногда и вовсе невозможно завести. Вот почему каждый автолюбитель должен представлять себе устройство аккумулятора, его принцип действия и основные параметры.
Назначение аккумуляторной батареии
Применительно к автомобилям АКБ — устройство, которое накапливает энергию и отдает ее различным потребителям при остановленном двигателе.
Главное назначение аккумулятора — питание всех видов нагрузки (фар, магнитолы, печки), а также стартера автомобиля, необходимого для пуска мотора. АКБ незаменим в том случае, когда не работает генератор. Как проверить диодный мост генератора .
Но это еще не все. Аккумулятор дополняет генератор, когда последний не в состоянии справиться с нагрузкой. Такое возможно в плотном транспортном потоке, когда вырабатываемой энергии генератора недостаточно для питания основных устройств.
АКБ спасает и при выходе основного источника питания из строя. Конечно, далеко на нем не уедешь, но до станции технического обслуживания вполне добраться возможно.
В свою очередь, генератор выступает в роли зарядного устройства для аккумулятора. Во время движения АКБ может не только принимать заряд, но и отдавать его.
Принцип действия аккумулятора
Сегодня есть множество разных АКБ, которые отличаются конструкцией и принципом действия. Так, к наиболее популярным устройствам можно отнести:
Щелочные железо-никелевые;
свинцово-кислотные;
серебряно-цинковые;
никель-кадмиевые.
Из перечисленных выше наибольшую популярность получили аккумуляторы со свинцово-кислотными «внутренностями». На втором месте по популярности — аккумуляторы с никелем и железом внутри. Что касается серебряно-цинковых устройств, то они почти не применяются. Причина — высокая стоимость и небольшой срок службы.
Работа АКБ основана на ключевом принципе — преобразовании одного вида энергии в другой:
1. В процессе зарядки — электрический вид энергии преобразуется в химическую.
2. Когда происходит разряд — химический вид энергии становится энергией электрической.
Работает АКБ циклично по принципу регулярного заряда и разряда. В момент подключения нагрузки начинается процесс разряда.
При этом положительные электроды (диоксид свинца) и отрицательные (свинец губчатого типа) вступают в химическую реакцию с жидкостью внутри аккумулятора (электролитом). В итоге получается два вещества — обычная вода и сульфат свинца. В этот момент происходит падение плотности электролита.
Заряжаться АКБ может двумя способами — от генератора и от внешнего зарядного устройства . Принцип зарядки прост. При подаче внешнего напряжения и протекании тока сульфат свинца в комплексе с водой превращается в свинец, серную кислоту и основной элемент — двуокись свинца.
Важный момент — напряжения заряда батареи. При завышенном показателе есть риск разложения жидкости и «выжигания» электролита. Заниженное напряжение, наоборот, может стать причиной неполной зарядки. Как следствие , время службы источника питания уменьшается .
Работа АКБ во многом зависит от условий работы (уровня температуры), Если последняя растет, то повышается и отдаваемая мощность. Одновременно с этим начинается коррозия электродов и саморазряд. Если же температура падает, то разрядная емкость снижается, химические процессы замедляются, уменьшается плотность жидкости внутри АКБ.
Даже при отсутствии подключенных к АКБ приемников процесс разряда не останавливается (устройство переходит в режим саморазряда). Величина последнего зависит от нескольких факторов — конструктивной особенности источника питания, окружающего воздуха и прочих аспектов.
Общий срок службы АКБ — 3-5 лет. Но здесь все зависит от целой группы факторов — режима эксплуатации, качества аккумулятора, особенностей его хранения и так далее. В свою очередь, производители постоянно работают над улучшением качества своего товара и повышением срока его службы.
Из наиболее полезных изменений можно выделить:
- Применение двух АКБ одновременно (одна — для пуска, а вторая — для питания потребителей);
- установка системы управления, обеспечивающей контроль потребителей;
- конструктивная оптимизация. В частности, последнее время активно внедряются такие технологии, как EFB, AGM и прочие.
Щелочные аккумуляторы
Устройство щелочного аккумулятора может различаться в зависимости от типа:
1. Никель-железные — устройства, имеющие прямоугольную форму. В качестве материала для изготовления крышки и дна используется сталь. На внешней части корпуса находится определенный слой никеля (отсюда и название).
Во внутренней части располжены блоки отрицательных и положительных пластиков. «Минусовых» пластин больше на одну штуку. Это делается специально, чтобы «окружить» с двух сторон «плюсовые» пластины.
Конструктивно описанные выше пластины имею одинаковый вид — они изготовлены из стальных ламелей, на которые нанесен слой никеля. Внутрь данных ламелей впрессовывается активная масса.
Ламели связаны между собой, закреплены ребрами (к последним приваривается контактная пластина), объединяются в замок и фиксируются с двух сторон ребер. К последним надежно приварена пластина со специальным отверстием под шпильку.
Блоки пластин которые состоят из положительных и отрицательных, не только не соприкасаются друг с другом, но и со стенками корпуса.
В роли изолирующего вещества выступает листовый эбонит.
У каждого блока есть по паре выходов, которые находятся на внешней части АКБ, Для более простой идентификации на крышке указывается полярность (как правило, только «плюс»).
Электролит в АКБ может заливаться через специальную горловину, на которой установлена крышка со специальным клапаном для выпуска лишних газов.
2. Никель-кадмиевые АКБ по своему устройству почти полностью повторяют описанных выше собратьев. В частности, месторасположение электродов, а также объем активного материала не отличается.
Если рассматривать источник питания в собранном виде, то по краям находятся положительные пластины. Между «плюсовыми» и «минусовыми» пластинами установлены сепараторы.
Блок готовится отдельно, а после вставляется в аккумулятор . На верхней части крышки есть специальные отверстия для заливки электролита.
Одним из наиболее популярных, надежных и простых в обслуживании является свинцово-кислотный аккумулятор. Он состоит из нескольких ячеек и группы электродов, которые находятся в одной смеси (электролите).
Электроды представляют собой специальные решетки, изготовленные из свинца, но имеющие разные активные элементы. В «плюсовых» решетках используется диоксид свинца, а в «минусовых» — чистый свинец.
Особенность таких аккумуляторов — устойчивость к морозам, минимальная скорость саморазряда, способность выдерживать большой цикл заряда-разряда, надежность и так далее.
В последнее время устройство свинцово-кислотного аккумулятора и прочих видов источников питания мало интересует автолюбителей. Причина — появление в продаже необслуживаемых АКБ, которые много проще в обслуживании.
Их преимущества — надежность, доступность по цене, отсутствие необходимости обслуживания. Минус — небольшой срок эксплуатации (3-5 лет). Удачи на дорогах и конечно же без поломок.
Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.
Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.
Что такое АКБ для автомобиля, предназначение
То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.
Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.
Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.
Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.
При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.
Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.
Из чего сделан и что внутри аккумулятора
Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.
Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.
С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.
Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.
Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.
Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:
- Корпуса;
- Крышки;
- Отрицательных электродов;
- Положительных электродов;
- Положительной клемы;
- Отрицательной клемы;
- Соединительных перемычек;
- Заливных пробок;
- Электролита
Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.
Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.
В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).
В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.
Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.
Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.
Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.
Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.
Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (H2SO4) и дистиллированной воды.
Принцип работы АКБ
Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.
При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.
При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.
Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.
Особенности конструкции современных АКБ
Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.
Рассмотрим их по отдельности:
- Пластины
Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.
Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.
- Сепараторы
Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.
Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.
В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.
- Электролит
Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.
Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.
- Гелевые электролиты
Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.
Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.
Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.
Параметры и характеристики аккумуляторной батареи
Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.
Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.
Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.
- СТ – обозначает что батарея стартерная.
- 55 – обозначает ёмкость батареи, которая составляет 55 Ампер*час.
Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:
- Тип ДВС;
- Объём двигателя вашей машины;
- Двигатели объёмом до 1,6 литра. Для них подходят АКБ 6СТ-45;
- Двигатели объёмом от 1,6 до 2,5 литров. Для них подходит 6СТ-55;
- Двигатели объёмом от 2,5 до 3 литров. Для них подходит 6СТ-60;
- Двигатели объёмом от 3 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-75;
- Двигатели объёмом более 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90.
Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:
- Двигатели объёмом до 1,5 литра. Для них подходит 6СТ-55;
- Двигатели объёмом от 1,5 до 2,0 литров. Для них подходит 6СТ-60;
- Двигатели объёмом от 2-х до 2,7 литров. Для них подходит 6СТ-75;
- Двигатели объёмом от 2,7 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90;
- Двигатели объёмом от 3,5 до 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-132;
- Двигатели объёмом более 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-192 и больше.
Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.
Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.
Аккумуляторы будущего
Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.
Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.
- Гелевые аккумуляторы
Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.
Гелевая АКБ
- Литий-ионные аккумуляторы
Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.
- Во-первых, они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
- Во-вторых, для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, что требует переделки электронной части генераторов.
- Ну и самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.
Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта
- Графен-полимерные аккумуляторы
Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.
Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.
Опытная графен-полимерная АКБ
Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.
В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.
Вопрос43: Аккумуляторные батареи (АкБ). Назначение, условия работы. Основные требования к АкБ. Виды(типы) АкБ. Маркировка. Размещение АкБ на транспортных машинах.
Аккумулятор - химический источник тока, в котором энергия химической реакции многократно преобразуется в электрическую и наоборот. Таким образом, аккумулятор, имея возможность преобразовывать химическую энергию в электрическую, способен запасать ее и хранить в течение длительного времени. Заряжаясь, аккумулятор накапливает электрическую энергию, разряжаясь, отдает ее потребителю. Стандартная современная 12-вольтовая автомобильная аккумуляторная батарея выполнена из шести последовательно соединенных между собой блоков разноименно заряженных пластин, каждый из которых и представляет собой простейший аккумулятор с выходным напряжением около 2 вольт. Положительно заряженная пластина (электрод) представляет собой свинцовую решетку с активной массой из двуокиси свинца (PbO 2), а электрод со знаком минус - решетку с активной массой из губчатого свинца (Pb). Полублоки разноименно заряженных пластин вставляются друг в друга. Во избежание возникновения короткого замыкания между пластинами, их разделяют пористыми сепараторами из изоляционного материала. Собранные блоки помещаются в корпус и заливаются электролитом (раствором серной кислоты плотностью 1.27-1.29 г/см 3). Полюса (баретки) крайних элементов соединяются с расположенными снаружи корпуса контактными выводами - борнами. Если к аккумулятору подключить нагрузку, то свинцовые пластины с активной массой, электролит и нагрузка образуют замкнутую цепь. Внутри аккумулятора начинается химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет менять первоначальный состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца PbSO 4), а плотность электролита начинает падать. В итоге, в цепи образуется направленное движение ионов, и течет электрический ток. Такой процесс представляет собой разряд аккумулятора. При подключении к аккумулятору внешнего источника тока начинается обратный процесс - заряд. При заряде активная масса пластин восстанавливает свой первоначальный состав, плотность электролита растет. Эти химические процессы можно описать следующими уравнениями: - на положительной пластине: PbO 2 + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O + 2e; - на отрицательной пластине: Pb + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 - 2e. Из всего вышесказанного следует, что количество запасаемой аккумулятором энергии (емкость) определяется объемом активной массы и электролита. Поскольку автомобильная 12-вольтовая аккумуляторная батарея состоит из шести аккумуляторных элементов, соединенных в батарею последовательно, то по сути устройство, в повседневном обиходе просто называемое «аккумулятор», на самом деле является батареей из нескольких аккумуляторов. Впервые серийно аккумуляторные батареи стали устанавливать на автомобили Cadillac в 1912 г. На первых автомобилях аккумуляторные батареи были снимаемые, т.к. из-за отсутствия бортового генератора после разряда их приходилась подзаряжать от внешнего источника тока. В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет три функции: во-первых, запускает двигатель, во-вторых, питает бортовые электрические устройства в то время, когда двигатель не работает, и, наконец, при работающем двигателе помогает генератору, когда тот не справляется с нагрузкой в бортовой электрической сети.
Конструкция аккумуляторной батареи
Современная аккумуляторная батарея состоит из следующих основных частей:
пластины;
сепараторы;
соединительные выводы.
моноблок (корпус), служащий резервуаром для электролита;
Основные типы конструкций аккумуляторных батарей
В зависимости от конструктивных особенностей аккумуляторные батареи можно разделить на три типа:
обслуживаемые;
малообслуживаемые;
полностью необслуживаемые.
Обслуживаемые аккумуляторные батареи
Обслуживаемые аккумуляторные батареи требуют постоянного контроля уровня электролита и его плотности. Это происходит из-за того, что при изготовлении пластин для повышения прочности их материала и улучшения его литьевых свойств в свинец добавляется сурьма (свыше 4,5%). Это приводит к тому, что разложение электролита (с одновременной потерей воды) происходит при невысоких (14,3-14,4 В) напряжениях. Для компенсации расхода воды ее приходится периодически доливать через отверстия, закрытые пробками. Если же момент резкого снижения уровня электролита упущен, то начнется необратимая сульфатация свинца, и, как следствие, разрушение активной массы пластин. Малообслуживаемые аккумуляторные батареи
Малообслуживаемые аккумуляторные батареи обладают как ярко выраженными достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести малое потребление воды, высокую коррозионную стойкость пластин и малый саморазряд. Недостатком является необратимое образование сульфата кальция при перезарядах (сопряженных с выкипанием электролита) и глубоких разрядах. Для уменьшения последнего явления некоторые производители изготавливают батареи комбинированной конструкции: отрицательные пластины выполняются из кальциевого сплава свинца, положительные - из малосурьмянистого (как у старых обслуживаемых батарей). Подавляющее большинство аккумуляторов, изготавливаемых отечественными заводами, являются малообслуживаемыми. В Европе, как и во всем мире, малообслуживаемые аккумуляторы вытесняются необслуживаемыми.
Необслуживаемые аккумуляторные батареи
По стандартам DIN «необслуживаемость» аккумуляторной батареи подразумевает расход воды меньше 6 г/А*час. На практике к необслуживаемым батареям относят такие, в конструкции которых применен комплекс решений, направленных на достижение крайне низкого темпа расхода воды. В результате чего предполагается, что срок выкипания критичного для работоспособности батареи объема электролита превышает срок службы батареи до ее естественного выхода из строя вследствие естественного коррозионного разрушения решеток. Доля сурьмы в свинце пластин необслуживаемых батарей составляет менее 2,5%.
Параметры аккумуляторных батарей
Аккумулятор обладает 100% эффективностью при 27 o С. При минус 18 o С эффективность батареи падает на 40%. Поэтому в условиях холодного климата значениям рабочих параметров придается особенное значение.
Маркировка аккумуляторных батарей
На аккумуляторные батареи наносятся обозначения, позволяющие однозначно определить их основные параметры: емкость, ток холодного запуска, тип корпуса. Обозначения даты и/или места производства являются не обязательными, поэтому не стандартизированы. Маркировку можно разделить (применительно к нашим условиям) на две большие группы:
маркировка согласно ГОСТ;
маркировка согласно DIN.
Например, по стандарту ГОСТ маркировка батареи 6СТ-55ПМА несет следующую информацию: 6 - количество элементов (напряжением 2В) в батарее; СТ - назначение батареи (стартерная); 55 - номинальная емкость в ампер*часах; П - материал моноблока (сополимер полиэтилена с полипропиленом); М - материал сепаратора (мипласт); А - общая крышка; З - выпускается в залитом и заряженном виде. По стандарту DIN маркировка 5 74 012 068 несет следующую информацию: 5 - цифра, показывающая «порядок» значения емкости; (5 - до 100 А*час, 6 - от 100 до 200 А*час, 7 - свыше 200 А*час); 74 - емкость 74 А*час; 012 - заводское обозначение типа корпуса, из которого следуют габариты корпуса, тип крепления, расположение выводов; 068 - ток пуска 680 А по стандарту EN. Ряд зарубежных производителей батарей маркируют свои батареи специфическим образом, указывая в маркировке не емкость, а значение тока холодного запуска, которому по каталогу можно сопоставить величину номинальной емкости. Своеобразно маркируются также батареи, производимые в США или изготовленные для продажи на рынке США. Дополнительный код, собственный для каждого производителя, позволяет узнать место и дату производства батареи.
Эксплуатация аккумуляторной батареи
Эксплуатация аккумуляторной батареи на транспортных средствах допускается только при исправном реле-регуляторе (при напряжении от 13.8В до 14.2В), токе утечки не более 25мА, плотности электролита согласно табл.1 и уровне электролита не ниже верхней кромки пластин.
При пуске двигателя длительность работы стартера не должна превышать 10 секунд для карбюраторных автомобилей, 15 секунд для дизельных. Если попытка запуска не удалась, необходимо сделать перерыв на 1 минуту.
При эксплуатации аккумуляторной батареи не реже одного раза в месяц необходимо:
проверять и, при необходимости, очищать аккумуляторную батарею от пыли и грязи. Электролит, попавший на поверхность аккумуляторной батареи, удалять ветошью, смоченной в 10-процентном растворе аммиака или соды;
проверять и, при необходимости, очищать вентиляционные отверстия на корпусе аккумуляторной батареи;
проверять уровень электролита и, при необходимости доливать дистиллированную воду до нормального уровня (для аккумуляторных батарей, имеющих пробки); доливать электролит в аккумуляторную батарею можно только в тех случаях, когда точно известно, что понижение уровня электролита произошло за счет его выплескивания (в обслуживаемых батареях);
проверять надежность крепления аккумуляторной батареи в установочном гнезде и плотность крепления соединительных клемм на полюсных выводах аккумуляторной батареи; соединительные клеммы смазывать техническим вазелином.
в зимний период проверку состояния аккумуляторной батареи выполнять чаще.
Не реже одного раза в квартал проверять степень заряженности аккумуляторной батареи. При необходимости заряжать батареею согласно разделу «Зарядка аккумуляторной батареи».
Глубокий разряд аккумуляторной батареи при отрицательных температурах недопустим! Это приводит к замерзанию электролита и разрушению корпуса батареи.
Аккумулятор служит для накопления электрической энергии, выступая автономным источником электропитания. В основу действия аккумулятора положена обратимость химических процессов, которые происходят внутри него. Именно эта особенность позволяет использовать устройство многократно и циклически (постоянный заряд и разряд). Разряженный аккумулятор заряжают методом пропускания электрического тока в таком направлении, которое противоположно направлению тока при разряде аккумулятора. АКБ в процессе работы мотора заряжается от генератора прямо в подкапотном пространстве автомобиля.
Аккумуляторная батарея имеет корпус. В данном корпусе расположены перегородки, разделяющие батарею на ячейки (банки). Аккумулятор на 12 вольт, который чаще всего устанавливается на легковых автомобилях, включает в себя 6 ячеек. В каждой банке имеются небольшие блоки, которые соединены друг с другом.
В отдельном блоке имеются положительные и отрицательные электроды. Указанные электроды представляют собой пластины (решетки), которые изготовлены из свинца (на примере свинцового аккумулятора). Данные пластины покрыты особым активным составом. Между пластинами с положительными и отрицательными полюсами также находится разделитель (сепаратор). Сепараторы изготовлены из материалов, которые не пропускают электрический ток.
Правильная зарядка автомобильного аккумулятора зарядным устройством. Проверка перед зарядкой, каким током заряжать аккумулятор. Как зарядить АКБ без ЗУ.
