Принцип работы аккумулятора в автомобиле: устройство, виды и принцип работы АКБ, а также срок службы и характеристики батареи – Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи автомобиля

АКБ — что это, устройство и принцип работы аккумулятора в автомобиле — Auto-Self.ru

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

Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.

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 (h3SO4) 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:

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.

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.

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;

Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:

• 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.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Facebook

Twitter

Google+

Telegram

Vkontakte

Устройство автомобильного аккумулятора: фото, видео

Аккумуляторная батарея – основной элемент бытовых приборов, садовых агрегатов, автомобилей, некоторой спецтехники. Хотя для техники, отличающейся функционалом, применяются разные аккумуляторы, их принципы работы схожи, подобны они и комплектацией.

Изучение базовых элементов АКБ, особенностей их взаимодействия дает возможность избавиться от проблем, возникающих в процессе использования, во время восстановления, замены отдельных компонентов. Разобравшись в том, как устроен аккумулятор, как он функционирует, несложно поддерживать его в работоспособном виде 3–5 лет.

Для чего предназначена АКБ?

Аккумуляторная батарея, работающая в связке с генератором, представляет собой основной источник электроэнергии. Она предназначена для выполнения таких функций:

• Быстрый запуск двигателя. В момент запуска посредством АКБ на стартер подается питание.
• Подпитка основных элементов в тот момент, когда двигатель в автомобиле не функционирует.
• Постоянная подача питания в тот момент, когда наступает перегрузка генератора. Такое возможно только при условии, что генератор практически вышел из строя.
• Сглаживания скачков электрического тока, которые возникают в бортовой сети. Это способствует тому, что автомобильный аккумулятор функционирует лучше.

Принимая во внимание назначение аккумуляторной батареи, выполняя основные рекомендации, можно увеличить срок ее использования.

Просмотрите видео про устройство аккумуляторы и для чего он нужен.

Основные характеристики аккумуляторной батареи

Изучение характеристики аккумулятора дает возможность понять, в каких условиях можно эксплуатировать устройство, какие параметры нужно поддерживать.

• Емкость стандартного автомобильного аккумулятора. Данная характеристика позволяет установить, какое количество энергии может отдать устройство. Для отслеживания данной величины можно использовать нагрузочную вилку или же иные приборы, работающие автономно. И такую проверку необходимо периодически осуществлять, чтобы понимать, в каком состоянии агрегат.
• Пусковой ток. На все аккумуляторные батареи производители наносят этот параметр. Зная, какой ток в аккумуляторе, владельцы автомобилей поддерживают заданный показатель.
• Электродвижущая сила. Отображает напряжение в определенный момент времени на клеммах. Для установления характеристики аккумуляторных батарей применяются мультиметры. ЭДС во многом зависит от плотности, состава электролита.
• Уровень сопротивления. Эта характеристика зависит от температуры, величины заряда, состояния пластин и крепежных деталей. Для автомобиля технические характеристики эти не менее значимы.
• Полярность. Автомобили комплектуются аккумуляторами, которые имеют обратную (европейские модели) или прямую (российские модели) полярность. Определить тип автомобильных источников питания несложно. Для этого нужно обратить внимание на расположение клемм.
• Период хранения и эксплуатации. В технической документации фиксируются сроки. Для того чтобы их немного увеличить, нужно ответственно подходить к процессу использования, соблюдать правила обслуживания. От точности выполнения установленных правил зависит, в каком состоянии будут аккумуляторы и характеристики.

Все вышеперечисленные характеристики аккумуляторов необходимо учитывать при подборе нового устройства.

Особенности технологического исполнения

Изучая характеристики аккумуляторов, нужно обратить внимание и на технологическое исполнение. Все АКБ разделены на такие модели:

1. Обслуживаемые. Допускается замены банок, других элементов. Сейчас их не выпускают.
2. Необслуживаемые. Они выделяются повышенной силой пускового тока, продолжительностью использования. Потребности в их обслуживании нет.
3. Минимально обслуживаемые. К данному типу относят большую часть представленных на рынке источников питания. Такие устройства выделяются идеальной ценой и оптимальными для использования характеристиками.

Саморазряд АКБ

Процесс снижения емкости во время простоя источника питания называется саморазрядом. Основная причина его возникновения – окислительно-восстановительные процессы, которые протекают на электродах. Спровоцировать саморазряд может и загрязнение.

Саморазряд имеет определенные особенности:

• Вероятность его возникновения при низкой температуре минимальна. Поэтому для хранения источника питания лучше использовать сухие и прохладные места.
• Активность саморазряда повышается при ухудшении работы аккумулятора.

Устройство аккумулятора автомобиля

Большинство легковых автотранспортных средств оснащено свинцово-кислотными батареями. При этом устройство автомобильного аккумулятора постоянно модернизируется, совершенствуется. Изучение основных компонентов агрегата избавит от сложностей.

Основой любой АКБ является гальванический элемент, состоящих из двух электродов, отличающихся полярностью. Для подготовки электродов, включенных в состав источника питания, применены решетчатые свинцовые пластины.

Не менее важный компонент – электролит, включающий серную кислоту, дистиллированную воду. Электродный блок омывается этим составом.

Сепаратор, сосредоточенный между электродами, предназначен для предотвращения их соприкосновения. Для его подготовки использовано пористое сырье. Сепаратор не влияет на циркуляцию электролитной смеси, поэтому и параметры автомобильной акб не меняются.

Для соединения отдельных компонентов источника питания, создания выводов используются подготовленные из свинца перемычки. Их включают в устройство батареи практически все изготовители. Полярные выводы отличаются габаритами, поэтому и вероятность неправильного подключения снижается.

Корпус предназначен для создания целостной конструкции и обеспечения удобства эксплуатации аккумулятора автомобиля. Для его изготовления применяют сырье, обладающее определенными качествами:

• Стойкость. Состояние корпуса не меняется под действием химических веществ, влаги, температуры.
• Надежность.
• Прочность. Корпус, как и радиаторы, выдерживает определенные нагрузки.

Компании, модернизирующие устройство аккумулятора автомобиля, пользуются полипропиленом и другими синтетическими материалами, которые обладают схожими свойствами, во время изготовления основы.

Из чего состоит корпус? В его состав включен моноблок, в котором располагаются все компоненты, а также герметичная крышка.

Устройство старой аккумуляторной батареи отличалось тем, что гальванические компоненты были дополнены пробками. Для добавления дистиллированной воды они изымались.

В современных устройствах такие действия осуществляются по-другому. Ведь устройство и принцип работы отличается.

Дополнительные элементы

В работающих источниках питания протекают химические реакции, способствующие образованию газа. Для того чтобы снизить его негативное влияние, некоторые производители оснащают батарею газоотводом. Отвод выполняется в определенную сторону. Все зависит от того, какой тип источника питания использован для комплектации авто, где он сосредоточен.

Изучая устройство автомобильного аккумулятора, проверяя его состояние, автомобилисты предотвращают появление проблем. Отслеживание состояния пластин, электролита – задача ответственных водителей.

Принцип работы аккумулятора в автомобиле

Ознакомившись со строением, необходимо изучить и принцип работы аккумулятора. Только выполнение установленных правил обеспечит продолжительную эксплуатацию.

Основные моменты

Как только к АКБ подключаются потребители, свинец, из которого изготовлены пластины, вступает в реакцию с электролитом (серной кислотой). В итоге, формируется вода, а также сульфат свинца. Из-за того, что образуется вода, электролит становится менее плотным.

При подключении кислотных аккумуляторов к источнику питания вода постепенно испаряется, а плотность электролита возрастает. Поскольку сульфат свинца растворяется не полностью, пластины окисляются постоянно.

От того, насколько большое количество энергии отдается, зависит толщина формирующегося свинцового налета. Со временем толщина налета начинает влиять на количество вырабатываемой энергии, работу автомобильной аккумуляторной батареи. Поэтому допускать разрядку не стоит.

Для зарядки применяют специальное сетевое устройство или же генератор. Второй вариант используется чаще, поскольку посредством генератора поддерживается максимальный ток разряда, приемлемая мощность. Применяя для зарядки сетевое оборудование, необходимо следить за температурными показателями, уровнем влажности, величиной тока и напряжения.

Разряд АКБ

Процесс разрядки источника питания заключается в передаче электроэнергии бортовой сети. Параллельно процент воды, присутствующий в электролите, увеличивается, а уровень серной кислоты снижается. Разряд новой аккумуляторной батареи занимает больше времени, чем разряд старой.

Заряд АКБ

Процесс зарядки автомобильной батареи – накопление определенного количества электрической энергии, которая в дальнейшем преобразуется в химическую.

Зарядка АКБ начинается с того момента, как запускается двигатель автотранспортного средства и начинает работать генератор. Современные машины оснащаются высоковольтными батареями, от которых и заряжаются аккумуляторы. И это нужно учитывать, изучая принцип действия аккумулятора.

Процесс зарядки, разрядки влияет на то, как работает автомобильный аккумулятор, насколько быстро запускается двигатель.

Правила эксплуатации автомобильного аккумулятора

Выполнение нескольких правил позволит эксплуатировать АКБ дольше.

1. Не допускается полная разрядка аккумулятора автомобильного. Нормальная эксплуатация источника питания заключается в постоянной подзарядке. Если полной разрядки АКБ избежать не удалось, приступать к зарядке необходимо быстро. В противном случае, емкость начнет стремительно снижаться.
2. Поступающее от генератора напряжения варьируется в диапазоне 13–14В, какой бы режим работы ни был выбран. На клеммах источника питания напряжение – 13В и выше. Уровень заряда неэксплуатируемых автоаккумуляторов не менее значим.
3. Подключаться к источнику питания при неработающем моторе нежелательно. Это способствует быстрой разрядке автомобильного аккумулятора. К потребителям причислен климат-контроль, фары, акустика.
4. С источника питания обязательно удаляется пыль, грязь, дабы исключить быстрый саморазряд. С клемм нужно убирать окислы, которые затрудняют процесс запуска мотора. Они способствуют снижению напряжения, появлению проблем с мощностью.
5. Вибрация наносит вред аккумуляторной батареи. Поэтому периодически должна выполнять проверка крепежа. Минимальные смещения провоцируют нарушения, появление дефектов.
6. Техническое обслуживание, изучение принципа работы современного автомобильного аккумулятора выполняется только при отключенной «массе».
7. Полностью или частично разряженный аккумулятор нельзя оставлять при отрицательной температуре на улице. Ведь в состав электролита входит дистиллированная вода, которая замерзает в мороз.
8. Ежегодно источник питания передается в сервисный центр. Здесь проводятся проверки, ремонтные работы.

Продолжительность эксплуатации щелочного, кислотного автомобильного аккумулятора зависит от:

• Правильности выполнения внесенных в техническую документацию требований.
• Поддержания требуемого заряда.
• Своевременности очистки, профилактического осмотра.

Только у автомобилистов, уделяющих внимание вышеперечисленным правилам, нет никаких проблем с автоаккумуляторами в течение установленного изготовителями срока. Ведь они соблюдают рекомендации, проходят ежегодный техосмотр, проверяют источник питания.

Интересное видео по устройству аккумулятора

Устройство и принцип работы аккумулятора автомобиля

Аккумулятор — это важнейшая деталь машины, поэтому поддержание батареи в исправном состоянии будет являться залогом эффективного запуска двигателя, а также бесперебойной работы бортовых потребителей электричества. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ необходимо ознакомиться с основными принципами работы этого устройства. В этой статье будут подробно рассказано, как устроен автомобильный аккумулятор.

Из чего состоит аккумулятор

Автомобильный элемент питания собирается на заводе из многих элементов, поэтому для понимания принципа работы источника электрического тока необходимо знать назначение каждого компонента. Аккумуляторная батарея состоит из следующих частей.

Корпус. Современная АКБ изготавливается из ударопрочного полипропилена. Этот материал хорошо переносит не только повышенные механические нагрузки и вибрации, но и устойчив к воздействую кислоты, которая в виде раствора заполняет внутренние полости батареи. Кроме этого полипропилен устойчив к большим перепадам температуры. Корпус АКБ разделён на 6 герметически отделённых между собой секций, в которые, в процессе изготовления батареи, устанавливаются свинцовые электроды и сепараторы.

Сепараторы. Сепараторы устанавливаются между электродами и служат диэлектриками, которые надёжно предохраняет элементы батареи от короткого замыкания. Эти элементы также изготавливаются из кислотоустойчивого полимера, который не разрушается при воздействии агрессивной среды в течение всего времени эксплуатации АКБ.

Электроды. В большинстве выпускаемых аккумуляторных батарей используются свинцовые пластины с различными примесями, в ячейках которых находится масса, состоящая из свинцового порошка и серной кислоты. Пластины современных аккумуляторов могут быть изготовлены из свинца легированного кальцием, что позволяет значительно увеличить ресурс батареи.

Электролит. Электролит представляет собой раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Эта жидкость необходима для того, чтобы электрический ток свободно протекал от отрицательных электродов к положительным. В дорогих батареях вместо жидкого электролита он может быть запечатанным использован гель. Благодаря этим качествам гелевые аккумуляторы выпускаются в виде полностью необслуживаемых изделий.

Клеммы. У всех батарей имеются клеммы, они могут быть разных типов стандартные (европейские), ASIA (тонкие конусы для азиатских автомобилей) и винтовые (для американских автомобилей). Изредка можно встреть батареи с четырьмя клеммами на корпусе.

Дополнительный функционал:

• У необслуживаемых батарей вместо стандартных шести пробок по бокам имеются 2 клапана сброса давления (в случае закипания электролита через них будет сбрасываться газ).
• Некоторые аккумуляторы оснащены «глазком», с помощью которого можно легко определить степень заряженности и уровень электролита.

Как устроен аккумулятор

Аккумуляторная батарея устроена таким образом, чтобы в результате подачи на её клеммы постоянного тока происходило эффективное накапливание электрической энергии. Автомобильная АКБ состоит из 6 изолированных друг от друга ёмкостей, в которых находятся отрицательные и положительные пластины, отделённые между собой сепараторами.

Каждая такая банка позволяет аккумулировать электрический ток напряжением до 2,1 В. Для получения стандартного напряжения бортовой сети автомобиля, применяется схема последовательного подключения таких электрических элементов. Немаловажной особенностью современных кислотных аккумуляторов является полная герметизация корпуса изделия. Несмотря на невозможность обслуживания устройств накопления электроэнергии этого типа, их функциональность и безопасность использования находится на более высоком уровне по сравнению с изделиями с пробками.

Принцип работы аккумулятора

Автомобильный свинцовый аккумулятор представляет собой восстанавливаемый химический элемент питания, в котором образование электричества происходит в результате реакции между двуокисью свинца, губчатым свинцом и раствором серной кислоты.

При подаче постоянного тока на клеммы аккумулятора на отрицательных пластинах образуется чистый свинец, а на положительных – диоксид свинца. При подключении батареи к различным устройствам и агрегатам, потребляющим электроэнергию, происходит обратный процесс, при котором на отрицательных электродах образуется сульфат свинца, а из электролита высвобождается чистая вода.

В зависимости от типа аккумуляторной батареи такая последовательность может повторяться тысячи раз, прежде чем произойдёт сульфатация или разрушение пластин.

Особенности конструкций

Аккумуляторные батареи могут существенно отличаться друг от друга. К особенностям конструкции АКБ можно отнести:

1. Размер аккумулятора.
2. Состав металлического сплава пластин.
3. Вид электролита.
4. Расположение электрических выводов на корпусе.

От размера пластин и количества электролита в каждой банке будет зависеть ёмкость АКБ, поэтому изделия, устанавливаемые для запуска дизельных установок грузовых автомобилей, могут в несколько раз превышать по массе и объёму батареи для легковых авто.

От вида свинцового сплава будет зависеть внутреннее электрическое сопротивление батареи и устойчивость элемента к воздействию агрессивной среды. Также состав металла будет влиять на интенсивность испарения влаги, поэтому для необслуживаемых моделей пластины изготавливаются из легированного кальцием свинца.

От вида электролита, применяемого в банках аккумулятора, также зависит большое количество параметров батареи. Жидкий раствор замерзает при низких температурах воздуха, а при кипении приводит к испарению воды, поэтому замена его на гель позволяет существенно увеличить ресурс изделий. Гелевые аккумуляторы значительно лучше переносят глубокий разряд, что позволяет использовать их не только в качестве пусковых устройств, но и для питания силовых электрических установок.

Аккумуляторы могут отличаться и по расположению клемм на корпусе. Этот параметр следует обязательно учитывать при подборе новой АКБ, иначе потребуется удлинять плюсовой провод автомобиля, подключаемый к источнику питания.

принцип работы аккумуляторной батареи, устройство АКБ автомобиля, типы устройств

Независимые элементы питания сейчас стали одними из наиболее востребованных устройств, изобретённых людьми. Конструкция большинства гаджетов и их назначение часто предполагает отсутствие непрерывного доступа к электросети, поэтому и стали необходимыми такие устройства, как аккумуляторы. Они дают возможность пользоваться нужными приборами в любых требуемых условиях.

Что называют аккумулятором

Аккумулятором в самом общем значении этого понятия называется техническое приспособление, которое используется для накопления какого-либо вида энергии с целью её последующей равномерной отдачи в течение достаточно длительного периода времени (в отличие от конденсатора, который отдаёт накопленный заряд моментально). Конденсатор сохраняет непосредственно электрический заряд, в отличие от аккумулятора, который при зарядке преобразует электрическую энергию в энергию химической реакции, а когда будет работать под нагрузкой, превратит накопленную химическую энергию в электрическую.

Принцип работы аккумуляторной батареи заключается в том, что постоянно происходит химическая реакция между жидкостью-электролитом и металлическими пластинами-электродами. Единичные аккумуляторы очень слабы и не могут давать ток, достаточный для работы большинства устройств. Поэтому чаще всего они объединяются в аккумуляторные батареи, в которых используется последовательное или параллельное соединение отдельных элементов питания.

Разряд элемента питания

Конструкция подобных источников питания предполагает наличие двух клемм: плюса и минуса. Их работа происходит таким образом: при отсутствии нагрузки электрическая цепь разомкнута, а при подключении к полюсам какого-либо устройства цепь замыкается и начинается разрядка АКБ. Ток разряда, протекающий по батарее в таких условиях, возникает за счёт перемещения между электродами ионов: анионов и катионов.

Более подробно процесс разрядки батареи удобнее всего будет рассмотреть на конкретном примере. Катод (положительный электрод в источнике тока) состоит из гидрата закиси никеля, в который для улучшения проводимости добавляется графитовый порошок.

Для изготовления анода (отрицательного электрода) в батареях такого типа применяются железные сетки с губчатым кадмием. Электролитом в таком устройстве будет смесь гидроксидов калия и лития. Оксид-гидроксид никеля в таком щелочном источнике питания вступает в химическое взаимодействие с атомами кадмия и молекулами воды. В результате такой реакции образуются гидроксиды кадмия и лития, а также выделяется электроэнергия.

Цикл заряда батареи

Для начала зарядки от клемм аккумулятора необходимо отключить нагрузку. На свободные клеммы батареи подаётся постоянный ток со значением напряжения большим, чем выходное напряжение заряжаемого устройства.

При осуществлении зарядки следует строго соблюдать полярность, то есть должны совпадать положительные и отрицательные контакты батареи и зарядного устройства. Важно учитывать, что устройство для зарядки необходимо выбирать с большей мощностью, чем сам аккумулятор, для того, чтобы преодолевать сопротивление оставшейся в нём энергии и производить электрический ток с направлением, противоположным току разряда. В результате обратимые химические реакции, протекающие в АКБ, поменяют своё направление.

Для рассмотрения примера можно взять также никель-кадмиевую батарею. В реакцию вступают гидроксиды кадмия и никеля, образовавшиеся при цикле разряда. Продуктами этой реакции будут оксид-гидроксид никеля, вода и восстановленный кадмий.

Из всего вышесказанного следует, что во время рабочего цикла меняется только химический состав электродов. Электролит лишь создаёт требуемую для протекания реакций среду. С течением времени он может испаряться, что не самым лучшим образом скажется на продолжительности работы батареи. Рассмотренный принцип работы верен для любого типа аккумуляторов, будет изменяться только химический состав электродов и электролита.

Типы соединения аккумуляторов

Отдельные аккумулирующие элементы позволяют получать малые напряжение и силу тока. Например, чаще всего значение напряжения будет находиться в пределах 1−2 вольта. Для работы большинства устройств таких значений явно недостаточно. Чтобы повысить получаемое напряжение или силу тока, нужно устроить соединение аккумуляторов в батарею. Нужно подробнее остановиться на описании этих способов.

Параллельное соединение

Для соединения аккумулирующих элементов в батарею или нескольких АКБ требуется соединять их положительные клеммы с положительными, а отрицательные с отрицательными. К нагрузке присоединяются соединённые выводы всех элементов. При таком способе соединения напряжение в цепи будет таким же, как у каждой батареи по отдельности (если использовать батареи с одинаковым напряжением). А ёмкость станет равна сумме ёмкостей всех входящих в батарею элементов. Соответственно, вырастет и сила тока, которую такое устройство будет способно давать за определённый период до полной разрядки.

Последовательный способ

При использовании последовательного способа соединения АКБ следует связывать разнополярные контакты. Положительную клемму одного устройства соединяют с отрицательной клеммой другого, а электрическая схема подключается к свободным контактам первой и последней батарей. Итоговое выходное напряжение при применении такого вида соединения будет равняться сумме выходных напряжений всех задействованных источников электрического тока.

Например, чтобы получить АКБ с выходным напряжением двенадцать вольт, следует соединить последовательно четыре источника с напряжением три вольта или десяток аккумуляторов с выходным напряжением 1,2 вольта. Общая ёмкость собранных при помощи последовательного соединения АКБ будет равна ёмкости каждого аккумулятора по отдельности, то есть не изменится.

Типы источников тока

АКБ различаются по своему предназначению, характеристикам, тому как устроен аккумулятор и материалам, используемым при их изготовлении. На сегодняшний день в мире производится более трёх десятков типов различных аккумуляторов, основное различие между которыми заключается в химическом составе электродов, а также используемым видом электролита. Так, к примеру, в группу литий-ионных аккумуляторов входит двенадцать различных моделей. Наиболее популярными из всех производимых являются следующие типы:

• свинцово-кислотные;
• литиевые;
• никель-кадмиевые.

На них приходится значительная часть рынка элементов питания. Для лучшего представления о том, из каких материалов могут изготавливаться современные аккумуляторы стоит привести их полный список:

• железо;
• свинец;
• титан;
• литий;
• кадмий;
• кобальт;
• никель;
• цинк;
• ванадий;
• серебро;
• алюминий;
• целый ряд прочих металлов, которые, правда, используются крайне редко.

Применение при производстве различных материалов оказывает значительное влияние на итоговые эксплуатационные показатели и, как следствие, на область возможного использования. Например, литий-ионные АКБ часто устанавливаются в мобильные компьютеры и другие гаджеты.

В то время как никель-кадмиевые аккумуляторы в основном используются как альтернатива простым одноразовым батарейкам. В теории аккумуляторные батареи любого типа могут сочетаться с любым устройством. Дело лишь в целесообразности и себестоимости производства.

Основные характеристики

Выше были рассмотрены материалы, применяющиеся при изготовлении перезаряжаемых элементов питания, основные принципы их работы и способы соединения. Теперь можно перейти к их эксплуатационным качествам. Важнейшими эксплуатационными характеристиками являются:

• Плотность энергии АКБ. Этот показатель равен отношению полного количества электроэнергии, которую аккумулятор способен отдать, к его массе или объёму.
• Ёмкостью называют максимальный отдаваемый аккумулятором заряд во течение цикла разрядки, до достижения минимального значения напряжения на клеммах. В метрической системе такая величина выражается в кулонах (Кл), но в повседневной жизни гораздо чаще применяется внесистемная единица ампер-час (Ah) или, для слабых элементов питания миллиампер-час. Также в некоторых случаях может использоваться показатель, называемый энергетической ёмкостью. Он выражается в джоулях (система СИ) или в ватт-часах. Ёмкость показывает прибор какой мощности и в течение какого времени может питаться от конкретной АКБ.
• Температурный режим — диапазон значений температуры окружающей среды, в котором производитель рекомендует использование этого аккумулятора. При значительном отклонении от рекомендуемого изготовителем диапазона эксплуатационных температур, сильно возрастает вероятность того, что источник питания придёт в негодность. Это можно объяснить влиянием пониженных и повышенных температур на скорость течения химических реакций, а также на изменение давления внутри батареи.
• Саморазрядом АКБ называют потерю заряда, происходящую в заряженной батарее, при условии отсутствия нагрузки, подключённой к контактам. Величина этого показателя определяется, в основном, конструкцией батареи. Она может со временем возрастать из-за нарушения изоляции межу электродами по целому ряду причин.

Все эти параметры аккумуляторных батарей предоставляют наибольший интерес для конечного пользователя.

Устройство электродов

В качестве примера можно использовать свинцово-кислотную батарею. Каждая ячейка такого аккумулятора содержит пару электродов и разделительные пластины, которые изготовляются из пористого материала, не вступающего в химическое взаимодействие с кислотой. Такие пластины призваны препятствовать короткому замыканию погруженных в электролит электродов, и называются сепараторами.

Электроды в таких аккумуляторах выполняются в виде плоских свинцовых решёток. В ячейки таких решёток запрессовывается порошкообразная двуокись свинца (в пластинах-анодах) и металлический свинец в порошковой форме (в пластинах-катодах). Применение порошков обусловлено стремлением увеличить площадь поверхности раздела на границе электролит — электрод, что значительно повышает ёмкость такого источника тока.

Имеются экспериментальные образцы аккумуляторов, в которых свинцовые решётки замешены электродами, состоящими из сплетённых нитей углеволокна, которые покрываются тончайшим свинцовым напылением. Такая технология позволяет использовать значительно меньше свинца за счёт распределения его по большой площади, что делает аккумуляторную батарею не только миниатюрнее и легче, но и повышает её эффективность. КПД выше, чем у традиционных, а время зарядки сильно снижено.

Проводящее вещество

Пластины электродов и сепараторов опущены в электролит, в качестве которого в свинцово-кислотных аккумуляторах используется серная кислота, разведённая дистиллированной водой. Такая вода применяется для приготовления раствора потому, что она не оказывает влияния на кислотность среды. Проводимость получаемого таким образом раствора зависит лишь от концентрации серной кислоты и комнатных условиях будет максимальной при значении плотности жидкости-электролита в 1,23 грамма на кубический сантиметр.

Проводимость электролита обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению источника питания, и, соответственно, повышение проводимости снижает потери энергии и увеличивает КПД. Стоит отметить, что в областях холодного климата часто используют повышенные до 1,29−1,31 грамма на кубический сантиметр концентрации серной кислоты. Это делается для предотвращения замерзания электролита. Ведь образующийся лёд может повредить корпус аккумулятора.

В батареях, которые устанавливаются в бытовые источники бесперебойного питания, системы сигнализации и другие бытовые приборы, жидкий электролит иногда сгущается до состояния пасты раствором силиката натрия. Но принцип работы АКБ остаётся тем же.

Области применения АКБ

Аккумуляторные батареи получили широчайшее распространение во всех видах технических устройств. Без них не обходится ни одно портативное электронное устройство: от наручных часов до ноутбуков. Даже в простых электрических фонарях производители предпочитают использовать встроенные АКБ вместо сменных элементов питания.

Не стали исключением и автомобили. В машинах привычных конструкций автомобильный аккумулятор используется для запуска двигателя и бесперебойного питания бортовой электрики и электроники. В набирающих всё большую популярность гибридных и электромобилях аккумуляторы играют ещё более важную роль. Причём в этом случае требования, предъявляемые к устройству АКБ автомобиля, ещё выше.

Крайне важны такие параметры: ток запуска, глубина разряда и максимальное количество циклов перезарядки, которое способен выдержать аккумулятор. Можно смело утверждать, что современный образ жизни был бы невозможен без аккумуляторных батарей.

Устройство необслуживаемого аккумулятора автомобиля

Аккумуляторная батарея (АКБ) автомобиля представляет собой особо значимый элемент устройства машины. Он является источником тока, имеющего способность запасать энергию, нужную для работы электрических элементов транспортного средства.

Его функции отвечают за:

1. Запуск — подачу энергии стартеру, который отвечает за вращение двигателя при запуске.
2. Выработку тока для работы электронных систем в случае недостаточной мощности генератора.
3. Питание устройств при не заведенном автомобиле.

Характеристика необслуживаемого аккумулятора

Маркировка аккумулятора

Сегодняшний уровень технического развития дал возможность фирмам автопроизводителям использовать наиболее совершенные и качественные аккумуляторы — необслуживаемые аккумуляторные батареи.

Устройство необслуживаемого аккумулятора автомобиля имеет характерные особенности, дающие приятную возможность потребителям уделять данной батарее минимум внимания.

Обслуживание автомобильного аккумулятора

Стоит обозначить, что необслуживаемый аккумулятор – это современный источник энергии, который в своем устройстве не предполагает и не имеет специальных отверстий для доливания воды или электролита, корпус данных батарей полностью герметичен.

С момента разработки автомобильного аккумулятора прошло более 150 лет и его базовое устройство остается без изменений для любого типа АКБ по настоящее время. Главными элементами АКБ являются: кислота и свинцовые пластины.

Конструкция аккумуляторной батареи

Современные АКБ состоят из следующих основных элементов:

1. Пластины (гальванические элементы)
2. Сепараторы – прослойки
3. Полюсные выводы
4. Герметичный корпус (моноблок)
5. Крышка корпуса

Элементы аккумулятора

Пластины аккумулятора

В техническое устройство аккумуляторных батарей включены гальванические элементы (пластины) – химические источники электроэнергии. Их количество составляет 6 штук, они соединены друг с другом последовательно, при помощи перемычек. Один отрицательно заряженный вывод блока крепится к положительному выводу другого.

Гальванические элементы располагаются в отдельном корпусе, при этом они разделены перегородками. В своей совокупности аккумуляторы образуют батарею.

Гальванический элемент автомобильного аккумулятора относится к обратимым источникам химического тока – это означает, что цикл «заряд-разряд» можно повторять несколько раз. Он состоит из двух электродов (полублоков) разной полярности – свинцовых решетчатых пластин. Электроды располагаются в растворе серной кислоты (38 %) и дистиллированной воды. Их смесь является электролитом – веществом, способным проводить ток.

Сепараторы — прослойки

Между электродами, во избежание короткого замыкания, находится сепаратор – диэлектрическая прослойка. Сепаратор выполняет функцию изолятора, и не допускает соприкосновения электродов разной полярности, но при этом не нарушает электролитическую проводимость батареи.

Сепаратор изготовлен из пластмассы микропористой структуры, в виде конверта, надетого на гальванические элементы положительного заряда. Такой прием помогает активной массе с положительно заряженных пластин не оседать на дне моноблока и не соприкасаться с пластинами отрицательного заряда.

Разработка устройства сепаратора в форме конверта позволила фирмам производителям АКБ прийти к малообслуживаемым и необслуживаемым аккумуляторам.

Полюсные выводы

Полюсные выводы АКБ изготовлены из свинца. Их размер различается в зависимости от полярности вывода, так положительный является большим по отношению к отрицательному. Данная особенность не случайна и служит защитой от неправильного подключения элементов аккумуляторной батареи, что в свою очередь исключает потерю активных масс и помогает избежать сокращения работоспособности АКБ.

Герметичный корпус АКБ

Корпус аккумулятора (моноблок) прошел свою эволюцию от деревянного, покрытого изнутри листовым свинцом, далее – эбонита.

В 40-х гг. XX века появились первые корпуса из синтетических материалов. Современные АКБ состоят из синтетического полипропилена. К материалам моноблоков предъявляются большие требования относительно его долговечности и безопасности. Корпус рассчитан выдерживать постоянное соприкосновение химических составляющих, вибрацию и изменение температуры.

Крышка корпуса

Назначение крышки корпуса – плотное закрытие межэлементных соединений АКБ. У прежних аккумуляторов ячейками были резьбовые пробки, предназначенные для доливки электролита и отвода газа при эксплуатации аккумулятора. В конструкции необслуживаемого АКБ пробки не установлены вообще, либо плотно закрыты. Вывод газов предусмотрен при помощи центральной системы вентиляции.

Она состоит из двух частей и оборудована лабиринтом. При помощи лабиринта водяные пары образующиеся при зарядке АКБ конденсируются и стекают обратно в батарею. В крышку интегрированы центральный газоотвод и система защиты от воспламенения газов. Защита от воспламенения выполнена на выходе газоотвода из аккумулятора в виде небольшого круглого диска, она получила название — фритта. Принцип действия фритты заключён в свободном прохождении газа в атмосферу, но при воспламенении газа, препятствованию прорыву огня внутрь, чтобы не допустить взрыв аккумулятора.

Типы АКБ

Все автомобильные аккумуляторы как упоминалось ранее одинаковы по конструкции и наполнены электролитом, лишь незначительно отличаются друг от друга. Каждая модификация предназначена для достижения определённой цели в ущерб другим характеристикам.

АКБ с жидким электролитом

Представляют собой открытые системы, т.е. газ, выделяющийся при зарядке может выделяться в атмосферу. У него отличные эксплуатационные характеристики, большой срок хранения до 15 месяцев, но отсутствует защита от вытекания электролита.

АКБ Economy

Этот тип аккумулятора оптимален по стоимости и сроку службы, в нём применяется меньшее количество свинца. У него пониженная мощность холодного пуска двигателя и незначительно уменьшен срок службы (4 года или 80000 км). При этом более выгодная цена, меньшая масса и низкий ток саморазряда, который не увеличивается по мере старения батареи. Могут применяться в автомобилях с системой старт-стоп.

Усовершенствованная АКБ

Они имеют аббревиатуру EFB (Enhanced Flooded Battery) – усиленная АКБ с жидким электролитом. Конструктивно отличаются более толстой решёткой отрицательного электрода, обеспечивающей высокую стойкость к коррозии при нагрузке большим током, а также добавлением углерода в активную массу отрицательного электрода, что приводит к улучшенной способности к зарядке.

Обладает защитой от глубокого разряда и отличными эксплуатационными характеристиками, но отсутствует защита от вытекания электролита.

В его конструкции применяется пассивный перемешивающий элемент, он уменьшает расслоение электролита, т.е. образование слоёв с различной концентрацией серной кислоты, которая концентрируется в нижней части гальванических элементов, что приводит к недостаточной плотности электролита в верхней части. Это происходит при частом повторении процессов зарядки и разрядки.

АКБ AGM

Absorbent Glass Mat – стекловолокно, обладающее очень высокой впитывающей способностью. Ещё их называют рекомбинационными, применяются на автомобилях с системой старт-стоп и функцией рекуперации энергии. В таких аккумуляторах электролит адсорбирован стекловолоконным ковриком. Они представляют собой закрытую систему, т.е. все гальванические элементы изолированы от атмосферы клапанами.

Обладает защитой от вытекания, даже при повреждении корпуса батареи вероятность незначительна и составляет не более нескольких миллилитров. У них большой срок службы, отличные эксплуатационные характеристики и высокая надежность. Но, с другой стороны, обладает высокой стоимостью и более высокой чувствительностью к повышенной температуре.

Гелевые АКБ

Также существуют батареи с гелеобразным электролитом, он образуется путём добавления в него кремниевой кислоты. Представляют собой обычные свинцовые батареи. Они имеют очень малую вероятность потери электролита, высокую циклическую стойкость и сниженное газообразование. Их массовое распространение ограничивает ряд серьезных недостатков, таких как: ухудшенные пусковые свойства при низких температурах, высокая стоимость, непереносимость повышенных температур и связанная с нею непригодность к установке в подкапотном пространстве.

Устройства отключения АКБ

В схеме подключения аккумуляторной батареи для безопасности могут применяться пиропатроны или реле отключения, особенно если она располагается в салоне или в багажнике. Задача этих элементов отсоединить от батареи провод стартера и генератора в момент аварии, т.к. замыкание этих проводов может вызвать возгорание. Но электропитание бортовой сети сохраняется для обеспечения функций безопасности (аварийная сигнализация, освещение и др.)

Процессы заряда и разряда

Процесс заряда АКБ означает накопление аккумулятором электрической энергии. В исходе данного процесса электрическая энергия проходит преобразование в химическую.

Аккумуляторная батарея питается от генератора при заведенном двигателе автомобиля. Напряжение, которое вырабатывает стандартный заряженный аккумулятор во время работы, равно 12,65 В.

Процесс заряда можно описать, как переход сульфата свинца и воды, образованных при разряде АКБ в свинец, двуокись свинца и серную кислоту. При этом количество серной кислоты становится больше, плотность вещества электролита повышается.

В результате накапливается и восстанавливается химическая энергия, которая необходима в дальнейшем для выработки электроэнергии.

Процесс разряда АКБ характеризуется отдачей потребителям батареи электрической энергии. Идет обратный химический процесс – химическая энергия проходит преобразование в электрическую.

Аккумулятор подвергается процедуре разряда при наличии подключенного к нему потребителя электрического тока. В данном случае серная кислота распадается, соответственно, ее содержание в веществе электролита падает.

Протекающие химические реакции способствуют к образованию воды (Н2О). При повышенном уровне воды снижается плотность электролита.

Разряд аккумуляторной батареи приводит к появлению сульфата свинца. Такой эффект одинаков для положительного и отрицательного электродов.

Основные характеристики АКБ

Коэффициент преобразования энергии

Поступающая к батарее энергия во время заряда аккумулятора больше отдаваемой им при разряде. Превышение энергии «заряда» к энергии «разряда» основывается на необходимости покрытия затрат при протекании электрических и химических процессов.

Для полного заряда нужно 105–110 % энергии от количества расходованной ранее. Таким образом, коэффициент преобразования будет иметь значение от 1,05 до 1,10.

Емкость

Емкость АКБ пропорциональна выдаваемому ей количеству электрического тока. Единица измерения емкости—ампер-часы (А-ч).

На показатели емкости влияют разрядный ток и температура. Она имеет свойство снижаться при увеличении разрядного тока и падении температуры, в частности при значениях меньше 0 градусов.

Номинальное напряжение

Стандартное напряжение каждого элемента АКБ соответствует 2 В, а напряжение всей цепи батарей равно количеству гальванических элементов. Аккумулятор машины состоит из 6 батарей, что соответствует номинальной емкости в 12 В.

Ток холодной прокрутки

Данный показатель служит характеристикой пусковых возможностей аккумулятора при его эксплуатации в условиях низкой температуры. Этот параметр замеряется при –18 °С. Напряжение полностью заряженного АКБ не опускается ниже заданного в течение определенного количества времени. Уровень тока влияет на запуск двигателя автомобиля, так как чем выше величина тока в холодной прокрутке, тем легче двигатель будет запускаться в зимнее время года.

Напряжение

Напряжение, значение которого измерено между двумя полюсными выводами аккумулятора – напряжение на клеммах.

Напряжение газовыделения – параметр, при превышении которого в корпусе аккумулятора образуется вода. Это возникает при превышении напряжения всей батареи, максимально допустимое значение при этом 14,4 В.

Разложение воды приводит к образованию водорода и кислорода, которые в соединении образуют газ. Внимание — это взрывоопасно!

Напряжение покоя или напряжение холостого хода – состояние, когда нагрузки на выходах АКБ нет. Циклы заряда и разряда изменяют напряжение холостого хода. При восстановлении количества серной кислоты между гальваническими элементами напряжение холостого хода приходит к окончательному значению – напряжению покоя.

Устройство аккумулятора

Базовый принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора (АКБ), определяемый термином «двойная сульфатация», был разработан (изобретен) более полутора веков назад в районе 1860 года и с тех пор никаких принципиальных новшеств не претерпел. Появилось достаточное количество специализированных моделей, но устройство аккумулятора выпущенного вчера в Японии или производимого сегодня в России или в Германии, такое же, как и устройство самой первой батареи собранной «на коленке» во Франции, с неизбежными улучшениями и оптимизацией.

Назначение

АКБ в обычном автомобиле предназначен для работы стартера при запуске двигателя и для устойчивого снабжения заданного вольтажа электроэнергией, многочисленного электрооборудования. При этом роль автомобильного аккумулятора, как «энергетического буфера», при недостаточном поступлении энергии от генератора не менее важна. Типичный пример подобного режима – при работе двигателя на холостых оборотах во время стояния в пробке. В такие моменты весь электропакет и дополнительное сервис-оборудование запитаны только от аккумулятора. Критически важна роль кислотного аккумулятора при аварийных форс-мажорах: поломка генератора, регулятора напряжения, выпрямителя тока, при обрыве ремня генератора.

Правила подзарядки

Подзарядка свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора в штатном режиме производится от генератора. При интенсивной работе батареи требуется ее дополнительная подзарядка в стационарных условиях через специальное зарядное устройство. Особенно это актуально в зимнее время, когда возможность холодной батареи принимать заряд резко снижается, а потребление энергии на раскрутку мотора на морозе возрастает. Поэтому зарядку автомобильного АКБ необходимо проводить в тепле после его согревания естественным образом.

Важно! Ускорение согревания батареи горячей водой или феном недопустимо, так как реально разрушение пластин вследствие резкого перепада температур. При опадении наполнителя на дно банок, резко возрастает возможность саморазряда за счет замыкания пластин.
Для так называемых «кальциевых» аккумуляторов, недопущение полного или значительного разряда критически важно, потому что ресурс этого типа батарей ограничен 4-5 циклами полной разрядки, после чего аккумулятор приходит в негодность.

В современных гибридных автомобилях и в электромобилях аккумуляторная батарея имеет повышенные размеры и емкость, обеспечивая движение. Их так и называют – тяговые. В «чистых» электромобилях только аккумуляторы являются поставщиком энергии для движения и работы всего электрооборудования, отчего имеют значительные размеры и в разы большую емкость, чем батарея в «классическом» автомобиле с карбюраторным двигателем. Например: танковые, тепловозные, на подводных лодках и так далее. Хотя принцип кислотного аккумулятора во всех случаях одинаков за исключением размеров.

Устройство кислотного АКБ и принцип его работы

Устройство кислотной АКБ (свинцово-кислотного) различного назначения, от разных производителей отличается не принципиально и в тезисной форме выглядит следующим образом:

1. пластиковый контейнер-корпус из инертного, устойчивого к агрессивной среде материала;
2. в общем корпусе располагается несколько модулей-банок (как правило шесть), которые являются полноценными источниками тока и соединяются между собой тем или иным способом в зависимости от основных задач;
3. в каждой банке располагаются плотные пакеты, состоящие последовательно из разделенных диэлектрическими сепараторами отрицательно и положительно заряженных пластин (свинцовый катод и анод из диоксида свинца соответственно). Каждая пара пластин является источником тока, их параллельное соединение кратно увеличивает выдаваемое на напряжение;
4. пакеты залиты раствором химически чистой серной кислоты, разбавленной до определенной плотности дистиллированной водой.

Работа кислотного аккумулятора

В процессе работы кислотного аккумулятора на катодных пластинах образуется сульфат свинца и выделяется энергия в виде электрического тока. За счет выделяемой в процессе электрохимической реакции воды плотность кислотного электролита падает, он становится менее концентрированным. При подаче напряжения на клеммы в процессе зарядки происходит обратный процесс с восстановлением свинца до металлической формы и повышается концентрация электролита.

Как устроена щелочная батарея и принцип ее работы

Устройство щелочной батареи аналогично таковому у кислотного. Но положительно и отрицательно заряженные пластины имеют другой элементный состав, а в качестве электролита используется раствор едкого кали определенной плотности. Есть и другие отличия — в самом корпусе контейнера, выводе клемм и в наличии мелкосетчатой «рубашки» вокруг каждой отдельной пластины.

Отрицательные катоды традиционного щелочного аккумулятора выполнены из губчатого кадмия с примесью губчатого железа, положительные – из гидроокиси трехвалентного никеля с добавлением чешуйчатого графита, добавка которого, обеспечивает лучшую электропроводность катода. Пары пластин параллельно соединяются между собой в банках, которые тоже соединены параллельно. В процессе зарядки щелочного аккумулятора двухвалентный никель в гидрате закиси меняет валентность до значения «8» и превращается в гидрат окиси; соединения кадмия и железа восстанавливаются до металлов. При разрядке процессы противоположны.

Достоинства щелочной АКБ

К достоинствам щелочного типа относятся:

• внутреннее устройство обеспечивает повышенную устойчивость к механическим нагрузкам, в том числе к тряске и ударам;
• разрядные токи могут быть значительно выше, чем у кислотного аналога;
• в принципе отсутствует испарение/выделение вредных веществ с газами;
• легче и меньше при равных емкостях;
• имеют очень высокий ресурс и служат в 7-8 раз дольше;
• для них не является критичными перезаряд или недозаряд;
• эксплуатация их проста.

По достижении максимального возможного заряда и при продолжении подключения к зарядному устройству никаких отрицательных электрохимических процессов с элементами не происходит. Просто начинается электролиз воды на водород и кислород с ростом концентрации едкого кали и падением уровня электролита, что безопасно и легко компенсируется добавлением дистиллированной воды.
Очевидно, что имеются показатели, по которым этот тип аккумуляторов хуже кислотного:

• использование дорогостоящих материалов повышает стоимость на единицу емкости до четырех раз;
• более низкое – 1,25 В против 2 и выше В — напряжение на элементах.

Заключение

Правильная эксплуатация любого типа АКБ обеспечивает его долгую и надежную работу, что не только позволяет экономить финансы, но и гарантирует большую безопасность и комфорт при езде на автомобиле.

Конструкция и назначение аккумулятора автомобиля

Колесо и аккумулятор. Это те устройства и механизмы, которые остались неизменными в конструкции автомобиля на протяжении более 150 лет. Несмотря на красочные наклейки и богатые буклеты, описывающие инновации в
аккумуляторной батарее, он остался все тем же устройством, которым его собрал Гастон Плант в 1859, с той лишь разницей, что несколько изменились линейные размеры. Площадь первого аккумулятора составляла десять квадратных метров и весил он, как современный Форд Фокус. Тем не менее, для многих принцип его действия остается загадкой, и, чтобы вскрыть пелену неизвестности, мы решили посвятить этому необходимому устройству следующие пару сотен строк.

Конструкция и принцип работы аккумулятора автомобиля

Главная специальность аккумуляторной батареи — источник тока. Вместе с генератором они стараются обеспечить электричеством все потребители на борту, но если систематизировать его предназначение, то можно выделить следующее:

1. Аккумулятор нужен для запуска стартера при пуске мотора, поэтому все автомобильные АКБ называются стартерными. Это говорит о том, что они способны вырабатывать кратковременный сильный импульс для работы стартера.
2. Аккумулятор питает массу потребителей, которые требуют электричества при выключенном двигателе. Это может быть все, что угодно — сигнализация, аудиосистема, освещение, GPS-навигатор и видеорегистратор.
3. АКБ осуществляет питание тех потребителей, которым не хватает тока генератора во время движения автомобиля.

Также во время движения машины аккумулятор поддерживает переходные процессы, для которых нужен большой ток и, что немаловажно, он сглаживает и стабилизирует напряжение в бортовой сети, исключая скачки параметров тока. Естественно, что это положительным образом сказывается на сроке службы электрооборудования, как дополнительного, так и штатного.

Если бы мы говорили о конструкции аккумулятора лет 50 назад, практически ничего не изменилось бы, несмотря на то, что конструкция со временем модернизируется, но очень незначительно. Основным принципом работы АКБ так и остался процесс преобразования энергии химической реакции в электрическую энергию. Это химический источник электроэнергии, который способен накапливать, аккумулировать ток, чтобы потом использовать его при запуске мотора. АКБ состоит, как правило, из шести отдельных аккумуляторов, соединенных между собой последовательно, поэтому его и называют батареей.

Устройство АКБ не так сложно, как химический процесс, происходящий внутри и обеспечение его стабильности. На картинке показан классический аккумулятор и его основные элементы, а как это все работает в куче, разберемся прямо сейчас.

Как отлично видно на картинке, основными элементами, которые вырабатывают электричество, есть свинцовые пластины. Свинцовыми мы их назовем довольно условно, поскольку каждый производитель старается внести в состав пластины, электрода, все новые компоненты, от чего и названия батарей постоянно меняются, сбивая с толку неискушенную публику. В принципе, все просто. Есть положительно заряженные пластины и пластины, заряженные отрицательными частицами. Они расположены на определенном расстоянии друг от друга и на всякий случай изолированы сепаратором во избежание прямого замыкания. Каждый из свинцово-кальциевых электродов покрыт составом, который определяет тип батареи, но об этом поговорим позже. Электрохимический процесс происходит в среде электролита — смеси серной кислоты и дистиллированной воды в определенной пропорции. Электролит имеет один важный параметр — плотность. Чем плотнее электролит, тем больше доля кислоты в растворе. Стандартная плотность при температуре 20 градусов должна составлять 1,27 г/см³.

Как только на клеммы АКБ поступает нагрузка, положительно и отрицательно заряженные пластины вступают в реакцию в среде электролита и начинается процесс выработки электрического тока. Во время этого процесса на отрицательных пластинах образовывается сульфат натрия, а из электролита активно испаряется вода, что влияет на его плотность. Когда нагрузка с аккумулятора снимается, на клеммы подается зарядный ток либо от генератора, либо от зарядного устройства, тогда происходит обратный процесс. На минусовых пластинах чистый свинец восстанавливается, а положительные пластины регенерируют диоксид свинца. Плотность электролита повышается снова и АКБ практически полностью восстанавливает свои свойства.

Классификация и характеристики АКБ

В принципе, конструкция и принцип действия для всех видов АКБ остаются неизменными. Меняется только состав пластин и состав электролита и по этому принципу все АКБ можно разделить на:

• сурьмянистые;
• кальциевые;
• гибридные;
• гелевые.

Есть еще несколько видов автомобильных аккумуляторов, но применяются они крайне редко. Рассмотрим основные особенности каждой из групп аккумуляторов, чтобы подобрать наиболее подходящий из них.

Сурьмянистые и малосурьмянистые АКБ

В состав пластин таких аккумуляторов входит сурьма и ее доля составляет около 5%. Ее добавляют для того, чтобы прочность пластин соответствовала химическим и механическим нагрузкам, но такой состав для пластин нельзя назвать идеальным, поскольку срок службы таких батарей крайне невысок. Все сурьмянистые аккумуляторы сделаны в формате обслуживаемых батарей, но встретить такие батареи сейчас уже практически невозможно. Их место заняли малосурьмянистые батареи, в которых процент содержания сурьмы в электродах снижен.

Такие АКБ выполняют в формате малообслуживаемых или необслуживаемых батарей, поскольку особого контроля или ухода они не требуют. Необслуживаемыми их называют довольно условно, поскольку все равно нужно периодически следить за уровнем электролита и его плотностью, пускай для этого и не нужно использовать специальные приборы, а контролировать при помощи индикатора на корпусе АКБ. Такие батареи терпимо относятся к нестабильному напряжению бортовой сети, стоят недорого, поэтому прямая дорога им — под капоты отечественных автомобилей.

Кальциевые батареи

В батареях с такой маркировкой в составе пластин вместо сурьмы используется кальций. Он помогает снизить интенсивность выкипания электролита, понизить ток саморазряда, понизить внутреннее сопротивление батареи. Такие батареи делают полностью необслуживаемыми, поскольку потери электролита настолько незначительны, что нет нужды добавлять воду или менять электролит на протяжении всего срока службы батареи.

Кальциевые батареи не боятся перезаряда, поскольку зарядный ток повышен с 12 до 16 вольт, уровень саморазряда снижен до 70% по сравнению с сурьмянистыми АКБ, что позволяет хранить такие батареи довольно долго без потери свойств. К минусам таких батарей относят высокую цену и плохую переносимость перепадов напряжения, поэтому дольше всего такие батареи служат на импортных автомобилях со стабильными характеристиками зарядного тока в сети.

Гибридные и гелевые аккумуляторы

Гибридные аккумуляторы обозначаются, как Са+, что означает использование положительных пластин в малосурьмянистом варианте, а отрицательные пластины выполнены по технологии с добавлением кальция. По своим характеристикам и по цене они расположены как раз между теми и другими батареями и на сегодня стали наиболее популярными из-за соотношения цена/качество.

Гелевые аккумуляторы только начинают выход на большой рынок, однако при всех своих достоинствах, поклонников у них маловато. Гелевые АКБ отличаются тем, что вместо стандартного электролита в них залита гелеподобная масса, которая обеспечивает стабильность пластин и электролита. Такие батареи не боятся наклонов, электролит не вытекает, пластины почти не осыпаются. Все бы хорошо, но при низких температурах гелевые батареи практически впадают в спячку. Гель становится плохим проводником тока на морозе, поэтому их использование в странах с холодным климатом совершенно неоправданно. Тем более, что стоят они втрое дороже, чем гибридные или кальциевые батареи.

 Ресурс, износ и правила эксплуатации АКБ

В заключение коротенького обзора, рассмотрим рекомендации специалистов, которые касаются выбора, причин замены и правильного хранения АКБ.

1. Как хранить АКБ? Все сухозаряженные аккумуляторы не нуждаются в обслуживании. Хранить аккумулятор нужно только в сухом помещении при плюсовой температуре. Если в аккумуляторе залит электролит, то его плотность не должна падать ниже 1,21 г/см³. При транспортировке, естественно, нельзя переворачивать корпус во избежание проливания электролита.
2. Как заряжать АКБ? Новый аккумулятор заряжать не нужно, в него только нужно налить правильный электролит с плотностью 1,28 г/см³. Разряженный аккумулятор заряжают по необходимости зарядным устройством малыми токами или используя технологию импульсных зарядных устройств. Сила тока зарядки должна быть равной 1/10 емкости батареи, а температура электролита не должна превышать 55° C.
3. Ресурс АКБ. Средний срок службы аккумуляторной батареи составляет 5-7 лет при условии достойного обслуживания и нормального режима эксплуатации. Для поддержания работоспособности батареи необходимо подзаряжать ее, особенно в зимнее время, не допуская полного разряда, следить за плотностью электролита, за целостностью корпуса и за его чистотой.

Это только основные моменты, которые касаются эксплуатации аккумуляторных батарей, но если придерживаться правил, которые устанавливает производитель каждой батареи, она сможет отработать значительно дольше выделенных ей пяти лет.

А вдруг и это будет интересно: