Принцип работы аккумулятора

Виды, устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Электрические аккумуляторные батареи применяются в любом автомобиле и представляют собой автономный источник питания. АКБ накапливает энергию, которая затем питает бортовую сеть, когда это необходимо, и подает ток на стартер для запуска двигателя.

Назначение аккумулятора в автомобиле

Автомобильный аккумулятор принято обозначать аббревиатурой АКБ, что значит аккумуляторная кислотная батарея. Не все батареи относятся к этому типу, но в автомобилях наиболее распространены именно они.

Автомобильный аккумулятор

Аккумулятор является важным компонентом в работе любого транспортного средства. Он выполняет следующие основные функции:

1. Подача электроэнергии на стартер для запуска двигателя. Аккумулятор способен в течение 30 секунд подавать пусковой ток или ток холодной прокрутки на стартер, который, в свою очередь, запускает двигатель.
2. Питание бортовой сети в случае недостаточной мощности (производительности) генератора.
3. Автономное питание бортовой сети автомобиля.

Каждый аккумулятор имеет определенную емкость и заряд. При работе двигателя всю нагрузку на электропитание берет на себя генератор. Он же заряжает аккумулятор во время движения. Если мощности не хватает, подключается батарея. Определенное время АКБ может обеспечить автономное питание.

Генератор выходит на оптимальный режим производительности при достижении двигателем частоты вращения коленчатого вала 1600-1800 об/мин и более.

Располагается АКБ, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля или закреплен на раме в случае крупного грузового транспорта. Это связано с тем, что кислота, находящаяся внутри, очень агрессивна и опасна для здоровья. Она может просочиться через корпус или выделиться в виде газа. С аккумулятором следует обращаться осторожно.

Более безопасны необслуживаемые АКБ, внутри которых нет жидкого электролита. Такие батареи практически не выделяют вредных паров и их можно использовать где угодно. Среди альтернативных мест размещения аккумулятора можно выделить багажное отделение и под сиденьем водителя.

Параметры АКБ

Обычная автомобильная батарея выдает напряжение в 12В. Этого хватает для питания бортовой сети. Для большегрузных автомобилей используются батареи с напряжением в 24В. По сути, это две обычные батареи, которые последовательно соединены. Емкость АКБ измеряется в Ампер-часах (А*ч). Для легкового транспорта емкость батареи находится в пределах 40-130 А*ч. Емкость показывает, какое время аккумулятор сможет давать энергию при нагрузке. Но эти величины измеряются при определенной нагрузке и при определенной температуре — 20°C. При других условиях параметры могут меняться.

Также важным показателем является ток холодной прокрутки или пусковой ток. Разные модели способны выдавать от 250А до 1300А. Ток холодной прокрутки – это то напряжение, которое способен отдать АКБ в течение 30 секунд при температуре 18°C. В иных условиях данный параметр может поменяться, например, зимой.

Устройство аккумулятора

На самом деле, стандартный аккумулятор – это шесть маленьких аккумуляторов, заключенных в один корпус. Шесть отсеков объединены в едином корпусе. Часто их называют банками. Каждая банка дает напряжение в 2,1В – 2,2В. Шесть банок соединены последовательно толстыми свинцовыми перемычками, что в итоге дает напряжение в 12,6В – 13,2В.

Автомобильный аккумулятор состоит из следующих основных элементов:

• пластиковый корпус;
• крышка;
• отрицательные пластины (электроды);
• положительные пластины;
• перемычки, соединяющие отсеки;
• жидкий электролит;
• сепараторы;
• положительный и отрицательный вывод (клеммы);
• заливные пробки.

Корпус и крышка

Корпус и крышка выполнены из пластика, который нейтрален к кислоте. В каждой банке находятся свинцовые пластины – электроды.

Пластины

Отрицательная пластина из губчатого свинца (Pb) называется катод, положительная пластина пористая с диоксидом свинца (PbO2) – анод. Чтобы батарея разряжалась не так быстро, используется не чистый свинец, а с применением разных присадок. Ранее добавляли 5% сурьмы, но процесс сульфатации все равно проходил быстро. В современных жидкостных аккумуляторах добавлен кальций. Он значительно снижает процесс сульфатации и повышает емкость АКБ до 70%. Если говорить про гелевые или AGM аккумуляторы, то в них применяется только чистый свинец. Это позволяет повысить мощность и отдаваемый пусковой ток до 1000-1300А.

Электролит

В каждой банке залит электролит. Это смесь серной кислоты и дистиллированной воды, в соотношении 35:65. Плотность электролита находится в пределах 1,23-1,31 г/см3. Чем она выше, тем батарея более устойчива к морозам.

Сепаратор

В простых жидкостных аккумуляторах между пластинами находится сепаратор. От слова «separate» – разделять. Обычно сепараторы изготавливаются из нейтрального пластика. Эти пластины разделяют положительные и отрицательные электроды от замыкания. Материалом для сепараторов служит ревертекс или эбонит. Также эти элементы иногда называют диэлектрической прослойкой.

В более современных необслуживаемых аккумуляторах в качестве сепараторов применяется микроволокно. Этот высокотехнологичный материал удерживает электролит внутри и не дает ему вытекать и испаряться. Пластины завернуты в микроволокно как в конверте и плотно прижаты друг к другу.

Клеммы и пробки

Клеммы аккумулятора также изготавливаются из свинца. К ним присоединяются контакты. На обслуживаемых аккумуляторах на корпусе располагаются заливные пробки. Их количество равно количеству банок. Они служат для заливки дистиллированной воды в случае необходимости.

Принцип работы

Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую. Когда аккумулятор подключен к потребителям энергии, то происходит его разрядка.

Химическая формула реакции

Происходит следующий процесс. На катоде идет восстановление диоксида свинца. Свинец на аноде окисляется. Серная кислота вступает в реакцию с металлами на обеих пластинах. При этой реакции образуется сульфат свинца. Процесс называется сульфатацией. Из серной кислоты выделяется водород, который затем вступает в реакцию с кислородом из положительно заряженной пластины. Образуется вода, а серная кислота расходуется. Плотность электролита понижается. Процесс реакции показан на картинке.

При зарядке весь процесс происходит в обратном порядке. Серная кислота восстанавливается. Вновь образуется диоксид свинца и серная кислота. При полной зарядке плотность электролита должна быть в пределах 1,29 гр/см3. Это значение показывает уровень содержания серной кислоты на один кубический сантиметр электролита.

Таким образом, работа батареи основана на циклах заряд-разряд. Если допустить глубокий разряд, процесс может быть необратимым. Останется только вода и сульфат свинца. Поэтому нужно всегда следить за уровнем заряда.

Зарядка, хранение и зависимость от температуры

После того как автомобильный аккумулятор запустил стартер и двигатель, происходит его зарядка от генератора. В снятом положении батарея заряжается зарядным устройством. Хранить аккумулятор с жидким электролитом можно только в строго горизонтальном положении и при определенной температуре 5°С -15°С. Это обусловлено тем, что электролит может вытечь, а осыпавшиеся пластины замкнуть на дне банки.

Разная температура также влияет на работу АКБ. При высокой температуре показатели мощности и токоотдачи высокие, но батарея быстрее разряжается и повышается расход воды. Электролит по своему составу не замерзает при минусовой температуре, но на сильном морозе он все же может это сделать. В мороз химические процессы замедляются, пусковой ток снижается, падает емкость батареи. Вот почему у водителей часто возникают проблемы с запуском двигателя зимой.

Разновидности аккумуляторов

Современные аккумуляторные батареи можно условно разделить на обслуживаемые и необслуживаемые.

Можно выделить следующие основные виды:

• АКБ с жидким электролитом.
• EFB аккумуляторы.
• AGM.
• Гелевые.

Аккумуляторы с жидким электролитом относятся к обслуживаемому типу. Это значит, что время от времени нужно следить за уровнем электролита, его плотностью и емкостью батареи. Их срок службы в среднем составляем 3-5 лет. Они доступны по цене и хорошо справляются со своей задачей в автомобиле. Поэтому остаются самыми распространёнными.

Батареи по технологии EFB появились сравнительно недавно. В них также находится жидкий электролит, но пластины завернуты в микроволокно. Материал впитывает электролит, что увеличивает площадь контакта с пластинами. Это также повышает емкость и мощность и позволяет снизить объем электролита по сравнению с обычными АКБ, делая такие батареи практически необслуживаемыми. Срок службы 4-5 лет. Стоимость приемлемая.

Аккумуляторы AGM относятся к классу необслуживаемых батарей. Это значит, что у них полностью герметичный корпус. На корпусе имеются газоотводные клапаны. Между пластинами находится стекловолокно, в порах которого электролит. Это позволяет значительно замедлить процесс сульфатации. Такие батареи не боятся полного разряда. Срок службы до 10 лет. Но есть минусы: высокая стоимость и обслуживание.

Гелевые

Это также необслуживаемые батареи. В электролит добавлены вещества, которые сгущают его и доводят до твердого состояния. Сам электролит выступает в роли сепаратора между пластинами. Срок службы до 10 лет, но требуется специальный уход, как и в случае с AGM. Не боятся глубокого разряда, но чувствительны к перезаряду и замыканию. Стоят в 3-4 раза дороже обычных.

Аккумуляторная батарея – это то устройство, которое требует от водителя внимания. Чтобы батарея прослужила долго, нужно знать ее устройство и принцип работы. При правильном уходе и условиях содержания АКБ проработает долгие годы.

Как устроены и работают аккумуляторы

В широком смысле слова в технике под термином «Аккумулятор» понимается устройство, которое позволяет при одних условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, а при других — расходовать ее для нужд человека.

Их применяют там, где необходимо собрать энергию за определенное время, а затем использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Например, гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по этому же принципу: вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а затем отдают его подключенным потребителям для совершения работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

Во время работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Принципиальную схему устройства аккумулятора можно представить рисунком упрощенного вида, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Работа аккумулятора при разряде

Когда к электродам подключена нагрузка, например, лампочка, то создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Он формируется движением электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите.

Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Здесь в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Во время разряда частицы активного кислорода из окислов никеля выделяются в электролит и направляются на отрицательные пластины, где окисляют кадмий.

Работа аккумулятора при заряде

При отключенной нагрузке на клеммы пластин подается постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Зарядное устройство всегда обладает большей мощностью, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. В результате внутренние химические процессы между электродами и электролитом изменяются. Например, на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а электролита не меняется.

Способы соединения аккумуляторов

Величина тока разряда, которую может выдержать одна банка, зависит от многих факторов, но в первую очередь от конструкции, примененных материалов и их габаритов. Чем значительнее площадь пластин у электродов, тем больший ток они могут выдерживать.

Этот принцип используется для параллельного подключения однотипных банок у аккумуляторов при необходимости увеличения тока на нагрузку. Но для заряда такой конструкции потребуется поднимать мощность источника. Этот способ используется редко для готовых конструкций, ведь сейчас намного проще сразу приобрести необходимый аккумулятор. Но им пользуются производители кислотных АКБ, соединяя различные пластины в единые блоки.

В зависимости от применяемых материалов, между двумя электродными пластинами распространенных в быту аккумуляторов может быть выработано напряжение 1,2/1,5 или 2,0 вольта. (На самом деле этот диапазон значительно шире.) Для многих электрических приборов его явно недостаточно. Поэтому однотипные аккумуляторы подключают последовательно, причем это часто делают в едином корпусе.

Примером подобной конструкции служит широко распространенная автомобильная разработка на основе серной кислоты и свинцовых пластин-электродов.

Обычно в народе, особенно среди водителей транспорта, принято называть аккумулятором любое устройство, независимо от количества его составных элементов — банок. Однако, это не совсем правильно. Собранная из нескольких последовательно подключенных банок конструкция является уже батареей, за которой закрепилось сокращенное название «АКБ» . Ее внутреннее устройство показано на рисунке.

Любая из банок состоит из двух блоков с набором пластин для положительного и отрицательного электродов. Блоки входят друг в друга без металлического контакта с возможностью надежной гальванической связи через электролит.

При этом контактные пластины имеют дополнительную решетку и отдалены между собой разделительной пластиной — сепаратором.

Соединение пластин в блоки увеличивает их рабочую площадь, снижает общее удельное сопротивление всей конструкции, позволяет повышать мощность подключаемой нагрузки.

С внешней стороны корпуса такая АКБ имеет элементы, показанные на рисунке ниже.

Из него видно, что прочный пластмассовый корпус закрыт герметично крышкой и сверху оборудован двумя клеммами (обычно конусной формы) для подключения к электрической схеме автомобиля. На их выводах выбита маркировка полярности: «+» и «-». Как правило, для блокировки ошибок при подключении диаметр положительной клеммы немного больше, чем у отрицательной.

У обслуживаемых аккумуляторных батарей сверху каждой банки размещена заливная горловина для контроля уровня электролита или доливки дистиллированной воды при эксплуатации. В нее вворачиваются пробка, которая предохраняет внутренние полости банки от попадания загрязнений и одновременно не дает выливаться электролиту при наклонах АКБ.

Поскольку при мощном заряде возможно бурное выделение газов из электролита (а этот процесс возможен при интенсивной езде), то в пробках делаются отверстия для предотвращения повышения давления внутри банки. Через них выходят кислород и водород, а также пары электролита. Подобные ситуации, связанные с чрезмерными токами заряда, желательно избегать.

На этом же рисунке показано соединение элементов между банками и расположение пластин-электродов.

Стартерные автомобильные АКБ (свинцово-кислотные) работают по принципу двойной сульфатации. На них во время разряда/заряда происходит электрохимический процесс, сопровождающийся изменением химического состава активной массы электродов с выделением/поглощением в электролит (серную кислоту) воды.

Этим объясняется повышение удельной плотности электролита при заряде и снижение при разряде батареи. Другими словами, величина плотности позволяет оценивать электрическое состояние АКБ. Для ее замера используют специальный прибор — автомобильный ареометр.

Входящая в состав электролита кислотных батарей дистиллированная вода при отрицательной температуре переходит в твердое состояние — лед. Поэтому, чтобы автомобильные аккумуляторы не замерзали в холодное время, необходимо применять специальные меры, предусмотренные правилами эксплуатации.

Какие существуют типы аккумуляторов

Современное производство для различных целей выпускает более трех десятков разнообразных по составу электродов и электролиту изделий. Только на основе лития работает 12 известных моделей.

В качестве металла электродов могут встретиться:

Принцип работы аккумулятора

Аккумулятор без преувеличения можно считать вторым сердцем транспортного средства. Для правильного выбора АКБ и ее эффективной работы полезно знать, из чего состоит аккумулятор, как работает аккумулятор автомобиля, основные характеристики и другие важные параметры.

История развития АКБ

Когда-то для запуска двигателя, необходимо было с усилиями крутить стартерный рычаг. Это очень изнурительное занятие. У современных автомобилей данную проблему решает автоаккумулятор. Отметим, что принцип работы автомобильного аккумулятора был описан больше 1,5 веков назад и на сегодняшний день он не изменился.

АКБ в системе автомобиля

Аккумуляторы «свинцового» типа имеют высочайшую надёжность, отличное качество в паре с доступной стоимостью, а также подлежат утилизации. Благодаря этому они востребованы, а процесс их развития активно движется вперед.

В последнее время возрастающей популярностью начинают пользоваться транспортные средства, имеющие электрический гибридный привод, а также электромобили. Доступны и постоянно модернизируются АКБ закрытого исполнения. Данные аккумуляторы не предполагают специального обслуживания, поскольку вещество, заливаемое внутрь (дистиллированная вода) почти не подлежит разложению. Предпринимались попытки заменить АКБ пневматическим оборудованием, обеспечивающим запуск силового агрегата, и особыми накопителями конденсаторного типа. Но все они не привели к желаемому результату.

Значимость аккумуляторной батареи растает. А потому нельзя недооценивать большое значение развития и усовершенствования производственных технологий «обыкновенного» аккумулятора.

Для чего нужна аккумуляторная батарея

АКБ имеет не меньшее значение для автомобиля, чем мотор – именно аккумуляторная батарея обеспечивает:

• пуск силового агрегата;
• питание электроэнергией устройств при неработающем двигателе;
• помощь генератору при максимальных нагрузках.

Работая совместно с генератором, АКБ участвует в обеспечении переходных процессов, требующих тока высокой мощности, кроме того она стабилизирует пульсации тока в электросети.

как устроена АКБ

Классическая АКБ

До сегодняшнего дня широко применяются три вида электроаккумуляторов:

• свинцово-кислотный аккумулятор — дата его создания начало ХХ столетия и на сегодня устройство аккумуляторной батареи автомобиля не изменилось;
• с литиево-ионным аккумулятором автолюбители познакомились не так давно (около 15 лет назад) его конструкцию и скорость завоевания рынка называют революционной, впрочем, как и постоянное ее усовершенствование;
• железо-никелевый аккумулятор безламельного типа тоже появился недавно, но его производственные затраты и конечная потребительская стоимость оказались слишком высоки, поэтому со временем он был вытеснен с рынка.

Свое долголетие свинцово-кислотная АКБ обеспечивает абсолютным лидерством ДВС. То, как устроен автомобильный аккумулятор максимально соответствует требованиям безопасности к источнику электрической энергии, который обеспечивает кратковременную выдачу ее с громадной силой, требуемой при старте силового агрегата машины. Другие типы аккумуляторных батарей, имея гораздо высокие значения ёмкости или не выдерживали такие мощные нагрузки, или технологии, используемые при производстве, был слишком сложными и дорогостоящими.

Устройство АКБ

Любой автомобиль укомплектован стартерным аккумулятором, который обеспечивает напряжение 12В. Давайте подробно разберем, из чего состоит АКБ и какие процессы происходят внутри в ходе работы.

Как устроен аккумулятор

Гальванический элемент

Их в стандартном аккумуляторе 6 штук. Они соединяются последовательно специальными перегородками и размещаются в специальный корпус.

Данные элементы являются основными составляющими аккумуляторной батареи. Каждый из них включает в себя два свинцовых электрода, имеющих разную полярность (плюс/минус), которые выполнены в виде решётчатых пластин. Блок с электродами погружается в электролит (38% раствор — серная кислота/дистиллированная вода). Ячейки у пластин заполняются рабочим составом.

Сепаратор

Материал пористого типа, имеющий свойства изолятора. Его задачей является защита электродов от замыканий.

Сепаратор не допускает циркуляцию рабочего раствора в блоке, одновременно предотвращая соприкосновение электродов с разными зарядами.

Перемычки

Перемычки у элементов, пластин/бареток и отводами полюсов АКБ выполнены из свинца. Они проходят через перегородку элемента. Отводы полюсов различаются по значению размеров. Положительный отвод в диаметре больше, чем отвод отрицательный. Это защищает от неправильного подключения АКБ я остается обязательным условием при производстве аккумуляторов.

Из-за переполюсовок срок качественной эксплуатации АКБ значительно сокращается, поскольку рабочий раствор разрушается.

Корпус АКБ

Призван обеспечить безопасность/целостность всей конструкции и выполняется из качественного изолирующего материала, который устойчив к взаимодействию с кислотами, серьезным колебаниям температурного режима и вибрациям.

Сегодня для изготовления корпуса применяется полипропилен. Корпус состоит из 2-х элементов — главная ёмкости и герметически закрываемая крышка. Для удобства крепления аккумулятора, снаружи корпуса расположены отбортовки.

Соединение перемычек у элементов

Для получения напряжения требуемой мощности на выходе каждый гальванический элемент соединен с соседним посредством межэлементных перемычек.

Всегда применяется соединение последовательного типа, когда положительный отвод одного из блоков подключен к отрицательному отводу своего соседа.

Рабочая смесь

Камера в аккумуляторе заполняется рабочей смесью – электролитом, которым заполняются ячейки свинцовых пластинок и сепараторные поры.

Конструкционной особенностью устаревших аккумуляторных батарей было присутствие пробки вверху гальванического элемента. Это позволяло при необходимости доливать рабочую смесь внутрь блоков. Современные АКБ специального обслуживания не предполагают.

Принцип работы АКБ

Разряд аккумуляторной батареи

В момент разряда АКБ отдает электроэнергию бортовым элементам, нуждающейся в ней. Происходит преобразование химических энергий, накапливающейся в аккумуляторе, в электроэнергию.

С подключенной нагрузкой аккумулятор утрачивает энергию – разряжается: объем дистиллята в составе электролита возрастает, соответственно, доля кислоты в растворе сокращается.

Разряд аккумулятора

Заряд АКБ

В момент заряда батарея копит энергию (электрическую), преобразующуюся в новую химреакцию. Зарядка может производиться от различных источников:

• автогенератор;
• внешний источник/зарядное устройство;
• посредством выпрямителя.

Зарядка батареи от автогенератора начинается сразу после пуска силового агрегата автомобиля. У современных электромобилей зарядка аккумулятора (12В) осуществляется от высоковольтного источника. В процессе зарядки показатель концентрации кислоты возрастает, химическая энергия возвращается к исходным значениям, а затем вновь преобразуется в электроэнергию.

Заряд аккумулятора

Основные характеристики АКБ

Ёмкость

Данная характеристика обозначает способность батареи отдавать электроэнергию. Расчёт этого значения выполняется умножением показателей силы тока и времени. Единица измерения А/ч. Ёмкость батареи имеет зависимость от конструктивных особенностей (материал, взятый при производстве электродов и сепараторов, их качество, размер и пр.), кроме того от особенностей рабочего раствора (температурный показатель и значение плотности, объем заряженности и режим разряда). Показатель ёмкости существенно понижается при низкой температуре и небольшой плотности рабочей смеси.

Номинальная ёмкость выражает кол-во отдаваемой электрической энергии. Данное значение замеряется при соблюдении следующих условий:

1. АКБ должна быть заряжена на 100%.
2. Значение тока равняется 1/20 ёмкости при беспрерывном разряде в течение 20ч.
3. Электролит должен иметь температуру 25C.
4. Значение напряжения на выходе должно быть не менее 10,5В.

Это важнейший показатель, определяющий параметры электрооборудования, работающего в авто.

Ток холодной прокрутки (ТХП)

Данная характеристика необходима для определения пусковых свойств батареи при низкой температуре. Оно измеряется при минус 18C с полностью заряженной батарей.

Показатель ТХП не должен снижааться за отметку заданного показателя в течение установленного кол-во времени. Чем больше показатель ТХП, тем проще будет заводиться мотор в зимний период.

Коэффициент заряда (КЗ)

При заряде батареи необходим значительный объем энергии. Он гораздо больше объема, который АКБ отдает. Это связано с потерями в процессе нагрева и сопутствующими химреакциями.

Для полного заряда батареи необходимо 105-110%% электрической энергии, взятой с АКБ.

Напряжение гальванических элементов

Это напряжение между плюсовыми и минусовыми отводами гальванических элементов. На показатель влияет концентрация, а также температура кислоты в рабочей смеси.

У стандартной батареи любой гальванический элемент имеет показатель 2В.

Номинальное напряжение (НН) и напряжение на выводе

В соответствии с действующими стандартами показатель НН одного элемента АКБ равняется 2В. Поскольку элементы соединены последовательным способом, общий показатель напряжения равняется сумме значений всех значений. Отсюда получается общее напряжение батареи 12В.

Напряжение на выводе — показатель напряжения, которое измеряется на отводах полюсов АКБ.

Маркировка АКБ

Напряжение газовыделения

Показатель напряжения заряда, превышение которого провоцирует выделение газа. Данный показатель связан с температурным значением. Для любого элемента он равняется 2,4В. Значит, вся АКБ имеет показатель 14,4В.

Превышение данного показателя ведет к разложению дистиллята, содержащегося в рабочем растворе. Это способствует образованию водорода и кислорода, а при их смешении образуется взрывоопасный газ.

Напряжение холостого хода (НХХ)

НХХ также называют напряжением покоя – это напряжение на отводах при отсутствии нагрузки. После заряда/разряда аккумулятора НХХ меняет показатель.

Окончательный показатель получается лишь при стабильной плотности рабочей смеси.

Потеря воды

При показателе напряжения выше 14,4В дистиллят электролита аккумулятора быстро разлагается и улетучивается. Скорость данного процесса зависит от температурного режима.

Показатель уровня рабочего раствора понижается, процент содержания кислоты возрастает, а период службы АКБ становится меньше. Из-за этого увеличивается вероятность образования искры, что может спровоцировать взрыв батареи.

Отвод газа

Для отвода газов, образованных при химреакциях, в батарее имеется газоотвод. Это обеспечивает направленный отвод газа в определенное место. Вывод газа осуществляется с разных сторон (плюс/минус) — это зависит от места его нахождения в батарее. В некоторых модификациях АКБ предусмотрено 2 отверстия для отвода газа — на обеих сторонах вывода.

Важно! Одно отверстие обязательно герметично закрывается. Если закрыто два отверстия, то аккумулятор «разорвется». Почти у всех сегодняшних батарей отвод газа осуществляется от минусового вывода.

Саморазряд

Процесс, вызванный химреакциями, происходящими внутри батареи. Он происходит даже если к аккумулятору нет подключений внешних потребителей. Показатель зависит от температурного режима и технологических процессов, применяемых при производстве батареи.

Для сведения значения к минимуму в производстве электродов не используют сурьму для сплава со свинцом, заменяя ее кальцием. Это гарантирует наименьшее значение саморазряда в ходе старения. В соответствии с установленными нормативами саморазряд АКБ равен ориентировочно 3% в месяц (0.1% в день).

АКБ в системе автомобиля

Оптимальные условия нагрузок для АКБ

Идеальной нагрузкой для батареи остается нагрузка заряда. В процессе работы генератора питаются все потребители электроэнергии в автомобиле и осуществляется заряд батареи.

Для примера возьмем поездку на машине за городом по трассе в хорошую погоду с большой частотой вращения силового агрегата. В данных условиях генератором производится больше электроэнергии, чем необходимо всем потребителям. Остаток тока полностью уходит на заряд аккумуляторной батареи.

Негативные условия нагрузки для аккумуляторной батареи

Тут для примера приведем противоположные условия – машина едет по городу в холодную с туманом ночь. В этой обстановке вырабатываемой энергии не хватает на питание всех электроприборов сети (у авто включены фары, подогрев/обогрев и пр.). При нехватке производимого тока, для качественного питания потребителей энергия берется с батареи. За счет этого, батарея не только не получает заряд, а напротив, разряжается.

При слишком низких температурных значениях понижается способность батареи получать заряд.

Помните! В морозы частый пуск силового агрегата в коротких поездках отрицательно влияет рабочие характеристики АКБ.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Электрическим аккумулятором называют химический источник тока многоразового действия. Химические процессы внутри аккумулятора, в отличие от оных в одноразовых гальванических элементах, таких как щелочные или солевые батарейки, обратимы. Циклы заряда-разряда, накопления и отдачи электрической энергии, могут многократно повторяться.

Так, сам принцип действия аккумулятора позволяет циклически использовать его для автономного электроснабжения разнообразных устройств, портативных приборов, транспортных средств, медицинского оборудования и т. д. в совершенно различных сферах.

Произнося слово «аккумулятор», имеют ввиду или сам аккумулятор или аккумуляторную ячейку. Несколько последовательно или параллельно соединенных друг с другом аккумуляторных ячеек образуют аккумуляторную батарею, как и несколько соединенных аккумуляторов.

Первый аккумулятор, то есть гальванический элемент многоразового использования, появился, по официальным данным, в 1803 году. Его создал немецкий физик и химик Иоганн Вильгельм Риттер. Друг Эрстеда, Риттер, не будучи ученым, изучал химическое действие света, проводил эксперименты с электролизом, ему, кстати, принадлежит открытие ультрафиолетовой части электромагнитного спектра.

Однажды экспериментируя с вольтовым столбом, Риттер взял пятьдесят кружков из меди, куски влажного сукна, и составил столб из пятидесяти таких кружков и влажного сукна между ними. Пропустив через конструкцию ток от вольтова столба, Риттер обнаружил, что его столб зарядился и сам стал источником электричества. Это и был первый аккумулятор.

Обратимость химической реакции в электролите и на электродах аккумулятора позволяет восстанавливать работоспособность аккумулятора — заряжать его после разряда. Ток в процессе заряда пропускается через аккумулятор в направлении, противоположном разряду.

Так например, свинцово-кислотный аккумулятор работает благодаря электрохимическим реакциям свинца и диоксида свинца в серной кислоте. Формулы ниже отражают обратимые реакции, протекающие на аноде и на катоде: слева направо — реакция при разряде, справа налево — заряд.

Рассмотрим теперь устройство аккумулятора на примере автомобильной стартерной батареи. Ее напряжение 12 вольт. Состоит батарея из шести соединенных последовательно гальванических элементов, разделенных перегородками.

Последовательное соединение в данном случае обозначает, что отрицательный вывод одной ячейки подключен к положительному выводу следующей ячейки.

Каждый элемент включает в себя пару решетчатых электродов из свинцово-сурьмянистого сплава, погруженных в электролит, представляющий собой 38% водный раствор серной кислоты. Пористый сепаратор изолирует электроды друг от друга, предотвращая замыкания между ними, но свободно пропускает через себя электролит. То есть жидкость заполняет как ячейки свинцовых пластин, так и поры сепараторов.

Одноименные пластины соединены между собой свинцовыми перемычками, как и разделенные перегородками пакеты пластин, составляющие отдельные элементы, и выводы аккумулятора — тоже изготовлены из свинца.

Выводы автомобильного аккумулятора всегда немного отличаются в размере друг от друга — плюсовая клемма больше в диаметре чем минусовая, чтобы не ошибиться при подключении.

Корпус аккумулятора изготавливается из диэлектрического материала устойчивого к агрессивным средам, к перепадам температур и к вибрациям. Сегодня корпусы стартерных АКБ делают из полипропилена.

Корпус представляет собой герметично закрытую емкость с крышкой, оснащенную отбортовками для прочного крепления. В корпусах старых аккумуляторов всегда предусматривались пробки над каждым из гальванических элементов, составляющих батарею, чтобы можно было при необходимости доливать в них дистиллированную воду. Современные необслуживаемые аккумуляторы пробок на корпусах не имеют.

Другие статьи про аккумумляторы и их использование:

Устройство аккумулятора автомобиля

Для обеспечения электрическим током схем мобильных устройств и машин, применяются специальные изделия, способные аккумулировать энергию. Для того чтобы правильно эксплуатировать такие устройства, желательно ознакомиться с принципом работы батарей.

История развития АКБ

Первые электрические батарейки на основе солевого электролита были известны ещё в Древнем Багдаде, но новый толчок к развитию этой технологии был получен в начале XIX века.

История развития автомобильного аккумулятора началась значительно позже, ведь во времена Алессандро Вольта самоходные повозки ещё не были изобретены. Даже после появления автомобилей, в которых воспламенение горючей смеси осуществлялось за счёт искровой свечи, большой необходимости в использовании аккумуляторных батарей не было, ведь генерация высокого напряжения осуществлялось с помощью механического магнето. В те времена пуск двигателя осуществлялся вручную, а мощность моторов была не настолько велика, чтобы сопротивление сжатия газа в цилиндрах существенно препятствовала проворачиванию коленвала с помощью специальной рукоятки.

После изобретения звукового сигнала, фар, стеклоочистителей возникла необходимость в источнике тока, который обеспечил бы автомобиль электричеством в необходимом объёме. Первое время машины не имели генератора, поэтому заряжать источники питания приходилось от сети, но уже в 20-е годы прошлого столетия машина стала оснащаться генератором электрического тока, что позволило осуществлять зарядку батарей во время работы двигателя внутреннего сгорания.

С момента первой установки на машину конструкция АКБ практически не изменялась, но существенной модернизации подверглись материалы, из которых изготавливались аккумуляторы. Пластины первых батарей делали из чистого свинца, который очень быстро покрывался оксидным слоем, что существенно снижало эффективность работы устройства. В дальнейшем, для уменьшения негативных последствий решётки обрабатывались суриком, но большую распространённость получила технология, при которой для производства пластин использовался сурьмяно-свинцовый сплав. В современных батареях проблема окисления решёток решается добавлением в свинец легирующих компонентов. Сплавы свинца и кальция позволяют снизить интенсивность испарения воды, поэтому корпус таких аккумуляторов изготавливается полностью герметичным.

Для чего нужна аккумуляторная батарея

Основное назначение автомобильного аккумулятора – обеспечение электрическим током стартер. Это электрическое устройство приводится в движение, только посредством постоянного тока высокой мощности.

• Осветительные приборы.
• Звуковой сигнал.
• Стеклоочистители.
• Сигнализацию.
• Дополнительное электрическое оборудование.

Наибольшая потребность в АКБ возникает во время стоянки, ведь в этот момент генератор не вырабатывает электрический ток, а вся нагрузка полностью ложится на плечи химического элемента питания. Также аккумулятор берёт на себя «обязанность» по обеспечению автомобиля электричеством в момент, когда обороты двигателя слишком малы, чтобы раскрутить якорь генератора до определённых значений.

Если автомобиль с двигателем внутреннего сгорания нуждается в АКБ только в момент запуска, а также при отключённом генераторе, то такая разновидность машин, как электромобили использует электродвижущую силу батареи в качестве основного энергоносителя.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Чтобы понять принцип работы аккумулятора автомобиля необходимо ознакомиться с устройством батареи. Автомобильный аккумулятор состоит из следующих элементов:

• Корпуса.
• Крышки.
• Отрицательных и положительных пластин.
• Сепараторов.
• Клемм.
• Электролита.

Если аккумулятор является обслуживаемым, то в крышке имеется 6 резьбовых пробок, которые открывают доступ к каждой банке батареи. Корпус современных изделий изготавливается из сверхпрочного пластика, крышка также делается из пластмассы, которая надёжно соединяется с основной коробкой методом пайки. Кроме корпуса, из кислотоустойчивой пластмассы изготавливаются сепараторы, которые устанавливаются между пластинами.

Разобравшись, из чего состоит автомобильный аккумулятор можно приступать к изучению механизма накопления электрического тока. Работа АКБ зависит от возможности протекания химической реакции между свинцовыми пластинами и электролитом.

Если известно из чего состоит АКБ, а также изучен принцип работы аккумулятора, то не составит большого труда разобраться в особенностях современных разновидностей таких изделий.

Типы современных АКБ

Устройство современного аккумулятора автомобиля отличается от источников тока, изготавливаемых в прошлом столетии, прежде всего, по наличию необслуживаемого корпуса. Практически все АКБ, предназначенные для легкового автотранспорта, выпускаются без пробок в верхней крышке. К такому технологическому решению удалось прийти только после того, как было снижено газообразование внутри корпуса батареи. Таким неоспоримым достоинством обладают АКБ следующих типов:

Гибридные АКБ представляют собой средние по качеству батареи. Отрицательные пластины таких аккумуляторов также изготавливаются по кальциевой технологии, а положительные – из сурьмянистого сплава. Гибридные изделия существенно дешевле кальциевых АКБ, а зарядный ток на их контакты можно подавать с использованием даже старых моделей ЗУ.

В гелевой батареи аккумуляторный электролит представляет собой желеобразную массу.

AGM- аккумуляторы представляют собой устройство, которое очень напоминает гелевую конструкцию АКБ. В корпусе из пластика находятся свинцовые пластины, которые погружены в ватоподобную стекловолоконную массу, которая пропитывается электропроводящим составом. Благодаря использованию такой технологии удаётся также добиться низких показателей испарения жидкости, а также устойчивости к механическому воздействию.

Литий-ионные аккумуляторы могут состоять только из ионов этого металла, поэтому при эксплуатации батарей значительно снижается вероятность их воспламенения даже под большой нагрузкой.

В современных щелочных аккумуляторах, также как и раньше, в качестве электролита используются едкий калий и едкий натрий. Достоинства таких батарей заключается в том, что в процессе эксплуатации не происходит снижения количества химических веществ внутри корпуса. Кроме этого, изделия имеют минимальный саморазряд и длительный срок эксплуатации. В различных самоходных установках такие модели АКБ применяются, в основном, в качестве тяговых аккумуляторов.

Принцип работы аккумулятора несложен, но разобраться в нём всё-таки стоит. Несмотря на то, что в необслуживаемую АКБ невозможно даже долить воды, знание особенностей процесса зарядки и разрядки, позволит не допустить серьёзных ошибок во время эксплуатации батареи.