Работа аккумуляторной батареи – устройство, виды и принцип работы АКБ, а также срок службы и характеристики батареи

Содержание

Принцип работы аккумулятора

Аккумуляторы — это химические источники тока с обрати­мым процессом: они могут отдавать энергию, преобразуя хими­ческую энергию в электрическую, или накапливать энергию, преобразуя электрическую энергию в химическую. Та­ким образом, аккумулятор попеременно то разряжается, отдавая электрическую энергию, то заряжается от какого-либо соответствующего источника постоянного тока.

Схема сборки аккумулятора

Схема сборки аккумулятора.

Аккумуляторы, в зависимости от применяемого в них электро­лита, подразделяются на кислотные и щелочные. Кроме того, аккумуляторы различаются, в зависимости от материала электродов. Широкое применение имеют лишь свинцовые, кадмиево-никелевые, железо-никелевые и серебряно-цинковые акку­муляторы.

Емкость аккумулятора определяется количеством электри­чества qp, которое он может отдать при разряде в питаемую цепь.

Это количество электричества измеряется не в кулонах, а в более крупных единицах — ампер-часах (а-ч). 1 а-ч = 3600 кл. Но для заряда аккумулятора требуется большее количество электричества q

3, чем отдаваемое при разряде. Отношение qp : q3 =ne  называется отдачей аккумулятора по емкости.

Напряжение, необходимое для заряда аккумулятора, значи­тельно выше того напряжения на зажимах аккумулятора, при котором он отдает длительно разрядный ток.

Схема устройства аккумулятора

Схема устройства аккумулятора.

Важной характеристикой аккумулятора являются его средние зарядное и разрядное напряжения.

Ясно, что из-за ряда потерь энергии аккумулятор отдает при разряде значительно меньшее количество энергии Wp, чем полу­чает при заряде. Отношение Wp : W3= n есть коэффициент полезного действия или отдача по энергии аккумулятора.

Наконец, весьма важной для характеристики аккумулятора величиной является его удельная э н е р г и я, т. е. количество энергии, отдаваемой при разряде, приходящееся на 1 кг веса аккумулятора. Особенно существенно, чтобы удельная энергия была возможно больше у нестационарных аккумуляторов, уста­навливаемых, например, на самолетах. В подобных случаях обычно она важнее, чем коэффициент полезного действия и от­дача по емкости.

Следует иметь в виду, что при медленном разряде процесс в аккумуляторе протекает равномерно во всей массе пластин, бла­годаря чему при длительном разряде малым током емкость акку­мулятора больше, чем при кратковременном разряде большим током. При быстром разряде процесс в массе пластин отстает от процесса на их поверхности, что вызывает внутренние токи и уменьшение отдачи.

Напряжение аккумулятора существенно изменяется во время разряда. Желательно, чтобы оно было возможно более постоян­ным. В расчетах обычно указывается среднее разрядное напря­жение U

p. Но для заряда аккумулятора нужен источник тока, дающий значительно большее зарядное напряжение Uз (на 25— 40%). В противном случае невозможно зарядить аккумулятор полностью.

Схема литиево-кислородного аккумулятора

Схема литиево-кислородного аккумулятора.

Если напряжение одного аккумуляторного элемента недоста­точно для данной установки, то необходимое число аккумулятор­ных элементов соединяется последовательно. Конечно, последо­вательно соединять можно только аккумуляторы, рассчитанные на одну и ту же разрядную силу тока.

Если разрядный ток одного элемента недостаточен, то приме­няется параллельное соединение нескольких одинаковых элемен­тов.

Из числа кислотных аккумуляторов практическое значение имеют лишь свинцовые аккумуляторы. В них на положительном электроде активным веществом служит двуокись свинца РЬ02, на отрицательном электроде — губчатый свинец РЬ. Положительные пластины имеют бурый цвет, отрицатель­ные— серый, в качестве электролита применяется раствор сер­ной кислоты H2S04 с с удельным весом 1,18—1,29.

Химический процесс разряда и заряда свинцового аккумуля­тора относительно сложен. В основном он сводится к восстановлению свинца на положительном электроде и окислению губча­того свинца на отрицательном электроде в закисную соль серной кислоты. При этом образуется вода и, следовательно, плотность электролита уменьшается. При разря­де сначала напряжение аккумулятора быстро падает до 1,95 В, а затем медленно понижается до 1,8 В. После чего необходимо прекратить разряд.

При дальнейшем разряде имеет место необратимый процесс образования кристаллического сернокислого свинца PbS4. По­следний покрывает пластины белым налетом. Он обладает боль­шим удельным сопротивлением и почти не растворим в электро­лите. Слой сернокислого свинца увеличивает внутреннее сопро­тивление активной массы пластин. Такой процесс называется сульфатацией пластин.

При заряде аккумулятора процесс идет в обратном направ­лении: на отрицательном электроде восстанавливается металли­ческий свинец, а на положительном электроде свинец окисляется до двуокиси РЬ02. Ион S0переходит в электролит, поэтому плотность серной кислоты при заряде увеличивается, следова­тельно, возрастает и удельный вес электролита. Для измерения удельного веса электролита применяется специальный арео­метр. По его показаниям можно ориентировочно судить, в какой мере аккумулятор заряжен. Среднее разрядное напряжение свинцового аккумулятора 1,98 В, а среднее зарядное напряжение 2,4 В.

Схема зарядки аккумулятора

Схема зарядки аккумулятора.

Внутреннее сопротивление rBн свинцовых аккумуляторов, бла­годаря малому расстоянию между пластинами и большой пло­щади их соприкосновения с электролитом, весьма мало: порядка тысячных долей ома у стационарных аккумуляторов и сотых до­лей у небольших переносных аккумуляторов.

Вследствие малого внутреннего сопротивления и относительно большого напряжения КПД этих аккумуляторов достигает 70— 80 %, а отдача — 0,85—0,95 %.

Однако из-за малого внутреннего сопротивления в свинцовых аккумуляторах при коротких замыканиях возникают токи очень большой силы, что приводит к короблению и распаду пластин.

Свинцовые аккумуляторы обладают рядом существенных не­достатков. Они тяжелы из-за большого веса свинца пластин, и их объем велик из-за значительного количества электролита, актив­но участвующего в процессе. В них неизбежен саморазряд внут­ренними паразитными электрическими токами с потерей заряда порядка 1 % в сутки. Наконец, они весьма чувствительны к толчкам и сотрясениям. Но их отдача и КПД значительно выше, чем у любых других аккумуляторов.

Из числа щелочных аккумуляторов широкое при­менение в настоящее время имеют кадмиево-никелевые, железо- никелевые и серебряно-цинковые. Во всех этих аккумуляторах электролитом служит щелочь — примерно двухпроцентный ра­створ едкого калия КОН или едкого натра NaOH. При заряде и разряде этот электролит почти не претерпевает изменений. Сле­довательно, от его количества емкость аккумулятора не зависит. Это дает возможность свести к минимуму количество электроли­та во всех щелочных аккумуляторах и таким путем существенно их облегчить.

Остовы положительной и отрицательной пластин этих акку­муляторов делаются из стальных никелированных рамок с пакетами для активной массы. Благодаря такой конструкции активная масса прочно удерживается в пластинах и не выпадает при толчках.

Схема устройства пластин свинцового аккумулятора

Схема устройства пластин свинцового аккумулятора.

В кадмиево-никелевом КН аккумуляторе ак­тивным веществом положительного электрода служат окислы никеля, смешанные для увеличения электропроводности с графи­том; активным веществом отрицательного электрода является губчатый металлический кадмий Cd. При разряде на положи­тельном электроде расходуется часть активного кислорода, со­держащегося в окислах никеля, а на отрицательном электроде окисляется металлический кадмий. При заряде обратно обога­щается кислородом положительный электрод: гидрат закиси никеля Ni(OH)

2 переходит в гидрат окиси никеля Ni(OH)3. На отрицательном электроде гидрат закиси кадмия восстанавли­вается в чистый кадмий. Приближенно процесс в этом аккумуля­торе может быть выражен химической формулой:

разряд

2Ni (ОН)3 + 2КОН + Cd  ??2Ni (ОН)2 + 2КОН + Cd (ОН)2.

заряд

Как показывает формула, из электролита при разряде выде­ляется частица (ОН)на отрицательной пластине и такая же частица переходит в электролит на положительной пластине. При заряде процесс идет в обратном направлении, но в обоих случаях электролит не изменяется.

Устройство железо-никелевого аккумулятора отличается лишь тем, что в нем в отрицательных пластинах кадмий заменен мелким порошком железа (Fe). Химический процесс этого аккумулятора можно просле­дить по вышеприведенному для кадмиево-никелевого аккумуля­тора уравнению путем замены Cd на Fe.

Применение железа вместо кадмия удешевляет аккумуля­тор, делает его более прочным механически и увеличивает срок его службы. Но с другой сторо­ны, у железо-никелевого акку­мулятора при том же примерно разрядном напряжении зарядное напряжение на 0,2 В выше, вследствие чего КПД этого аккумулятора ни­же, чем кадмиево-никелевого. Затем очень важным недостат­ком железо-никелевого аккуму­лятора является относительно быстрый саморазряд. У кадмиево-никелевого аккумулятора саморазряд мал, и поэтому ему отдается предпочтение в тех случаях, когда аккумулятор должен длительно находиться в заряженном со­стоянии, например для питания радиоустановок. Среднее разрядное напряже­ние обоих этих аккумуляторов равно 1,2 В.

Схема железоникелевого аккумулятора

Схема железоникелевого аккумулятора.

Герметически закрытые сосуды вышеописанных щелочных аккумуляторов выполняются из листовой никелированной стали. Болты, через которые пласти­ны аккумуляторов соединяются с внешней целью, пропускаются через отвер­стия в крышке сосуда, причем болт, с которым соединены отрицательные пла­стины, тщательно изолирован от стального корпуса; но болт, соединенный с положительными пластинами, от корпуса не изолируется.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов значи­тельно больше, чем кислотных, благодаря этому они лучше пере­носят короткие замыкания. Но по той же причине КПД щелоч­ных аккумуляторов (порядка 45%) значительно ниже, чем кис­лотных, также существенно меньше их удельная энергия и отда­ча по емкости (0,65). Так как состояние электролита у щелочных аккумуляторов при работе не изменяется, то определить их степень заряженности по внешним признакам нельзя. Вследствие чего за зарядом приходится следить на основании их емкости и напряжения. При заряде нужно сообщить аккумулятору количество электричества It=q значительно большее, чем его емкость, примерно в 1,5 раза. Например, аккумулятор емкостью 100 а-ч желательно заряжать током силой в 10 а в течение 15 час.

http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=DuZSNfTNDyg

Серебряно-цинковые аккумуляторы являются новей­шими из числа современных аккумуляторов. Электролитом в них служит вод­ный раствор едкого калия КОН с удельным весом 1,4, с активным веществом положительного электрода (окисью серебра Ag

20) и отрицательного электро­да (цинком Zn). Электроды изготавливаются в виде пористых пластин и отделяют­ся друг от друга пленочной перегородкой.

При разряде аккумулятора окись серебра восстанавливается до металли­ческого серебра, а металлический цинк окисляется до окиси цинка ZnO. Об­ратный процесс происходит при заряде аккумулятора. Основная химическая реакция выражается формулой

разряд

AgsO + КОН + Zn ?? 2Ag + КОН + ZnO.

 заряд

http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=0jbnDTRtywE
Устойчивое разрядное напряжение составляет около 1,5 В. При небольших токах разряда это напряжение почти не изменяется в течение примерно 75— 80% времени работы аккумулятора. Затем оно довольно быстро падает, и при напряжении 1 в разряд следует прекращать.

Внутреннее сопротивление серебряно-цинковых аккумуляторов сущест­венно меньше, чем остальных щелочных аккумуляторов. При равной емкости первые значительно легче. Они удовлетворительно работают как при пониженной (—50° С), так и при повышенной ( + 75° С) температурах. Наконец, они допускают большие разрядные токи. Например, некоторые типы таких акку­муляторов можно разогреть током короткого замыкания в течение одной минуты.

http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=bW_5q7saSR8

Выше изложены только основные сведения по  аккумуляторам. При практической работе с аккумуляторами, в особенности со свинцовыми, необходимо тщательно выполнять соответствующие заводские инструкции. Нарушение их вызывает быстрое разрушение аккумуляторов.

fazaa.ru

Принцип работы аккумулятора автомобиля и не только

АКБ окружают людей в их повседневной жизни буквально повсюду – в мелкой и крупной домашней технике, средствах связи, любимом автомобиле. Несмотря на это, многие не знают, каков принцип работы аккумулятора, и посему не умеют с ним обращаться. На самом деле есть один генеральный принцип, которому подчинена работа батарей всех видов. Это обратимые химические реакции, происходящие циклично. Во время разряда аккумуляторной батареи происходит превращение энергии химической в электрическую, что обеспечивает работу технического устройства, к которому подключен АКБ. Когда запас этой энергии будет исчерпан на определенный процент, производят зарядку аккумулятора. Во время нее также идут химические превращения, но уже с обратным эффектом. То есть поступление электрического тока вызывает накопление запасов химической энергии.

Отличают разные аккумуляторы между собой два аспекта – тип электролита и материал, из которого выполнены электроды. Основой для электролита выступают кислоты или щелочи, которые после разбавления водой или другими добавками приобретают вид готовой гомогенной смеси различной консистенции (жидкой либо гелевой). Вещество, выступающее электродом, способно изменять свойства готового изделия. Самыми распространенными являются литиевые, свинцовые и никель-кадмиевые батареи.

Об автомобильных аккумуляторах

Принцип работы стандартного автомобильного аккумулятора опирается на его конструкцию и не зависит от того, залит в него кислотный или щелочной электролит.

Внутри диэлектрического и нерастворимого серной кислотой корпуса из специального пластика помещаются шесть банок-батареек, последовательно прикрепленных друг к другу. В каждой из этих банок есть по несколько электродов с зарядами «плюс» и «минус», которые выглядят как отводящая ток решетка, смазанная специальной химически активной массой.

Чтобы решетки с разными знаками случайно не соприкоснулись и не закоротили, каждая из них погружена в разделитель из полиэтилена. Сами электроды сделаны обычно из свинца с разнообразными примесями.

Принцип работы кислотного аккумулятора

Если быть точным, то таких свинцовых решеток бывает три вида:

  • Малосурьмянистые. И аноды, и катоды сделаны из сплава свинец+сурьма и требуют мало обслуживающих процедур.
  • Кальциевые. Здесь примесь, соответственно, кальций. Такие электроды вообще не нужно обслуживать.
  • Гибридные. Один электрод, с минусом, делается из кальциевого сплава, а положительный содержит сурьму.

Можно с уверенностью утверждать, что свинцово-кислотный — самый востребованный и распространенный вид аккумулятора для авто. Принцип работы свинцового аккумулятора основывается на активном взаимодействии серной кислоты с диоксидом свинца.

Когда батарея эксплуатируется, то есть нужна электрическая энергия, на катоде свинец окисляется, а его диоксид на аноде, напротив, участвует в восстановительной реакции. При зарядке, как нетрудно догадаться, взаимодействия идут в обратную сторону.

Это все происходит за счет кислоты в электролите, часть ее распадается, соответственно, концентрация падает. Именно этим обусловлена необходимость периодически обновлять жидкость в батарее.

С гелевыми аккумуляторами такого не случается. Состояние электролита в них не позволяет ему испаряться, если, конечно, не перегреть АКБ во время подзарядки. Как правильно заряжать гелевые аккумуляторы, читайте здесь →

Именно благодаря отсутствию необходимости периодически восполнять запасы активного вещества батареи с желеобразным электролитом относят к категории необслуживаемых. Еще одно их преимущество в том, что гель не отсоединяется от электрических контактов, а значит, невозможны внезапные сбои и замыкания.

Как устроен литий-ионный аккумулятор?

Его конструкция не отличается сложностью: анод из пористого углерода, литиевый катод, пластина-сепаратор между ними и проводник тока – вещество-электролит. Во время разрядки ионы отделяются от анода и движутся на литий по электролиту, минуя сепаратор. Во время питания батареи все происходит с точностью до наоборот – литий отдает ионы, углерод принимает. Так и происходит процесс ионного круговорота между разнозарядными электродами литий-ионной батареи.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Точный состав катода может отличаться в конкретной модели или у определенного производителя АКБ. Дело в том, что многие фирмы тестируют разнообразные типы литиевых соединений для того чтобы изменять показатели устройств по своему усмотрению.

Впрочем, очевидно – улучшая одни характеристики, неизбежно приходится жертвовать другими. Чаще всего литий-ионные АКБ с повышенной емкостью, заботой об эксплуатирующих его людях и природной среде оказываются чрезмерно дорогостоящими или требуют слишком много внимания.

Но чего не отнять у батарей с литием, что составляет их принципиальную разницу с другими типами аккумуляторов, так это низкий уровень саморазряда.

Li-Pol аккумуляторные батареи

Литий-полимерные — это следующий этап развития литий-ионных АКБ. Принципиальная разница понятна из названия — в качестве электролита начинает использоваться полимерное соединение. Из-за прочности существующих в нем химических связей такой аккумулятор становится максимально безопасным, неправильная эксплуатация может сломать его самого, но не нанести вред владельцу, как это бывало с литиевыми АКБ с жидким наполнителем. Полимерный неопасно перегревать или протыкать острым предметом, в то время как жидкостной элемент уже давно бы взорвался.

Еще один огромный плюс Li-Pol батарей — их огромная проводимость. Из-за того, что в процессе реакций на анодах и катодах батарея приобретает свойства хорошего полупроводника, она способна передавать ток, в разы превышающий ее собственную электроемкость.

Щелочные батареи

Методика функционирования щелочного аккумулятора основывается на химических превращениях в щелочной среде. Именно поэтому для электродов таких АКБ применяют соединения металлов, которые активно взаимодействуют именно со щелочами.

Гидроокись никеля на электроде с положительным зарядом превращается в гидрат его закиси из-за череды реакций со свободными ионами в электролите. На катоде в это же время идут похожие взаимодействия, но только с образованием гидрата окиси железа. Между только что создавшимися веществами образуется разница в потенциалах, за счет которой и выделяется электроэнергия. В процессе подзарядки реакции те же самые, только в обратном порядке, вещества восстанавливаются до исходных.

Ni-Cd аккумулятор

Батареи никель-кадмиевого типа обычно применяют для некрупной техники, например, для шуруповерта. Принцип их устройства и работы схож с автомобильным АКБ, только в гораздо меньших масштабах – те же последовательно соединенные несколько маленьких батареек, совместно вырабатывающих нужные электрические показатели, а внутри них – уже знакомые аноды, катоды, пластины сепараторов и жидкий электролит.

Строение никель-кадмиевого аккумулятора

Специфические характеристики, присущие только этому типу аккумуляторов, обеспечивают именно химические свойства никеля и кадмия. Они же накладывают и обязательство быть осторожным, особенно при утилизации. Это вызвано тем, что кадмий – довольно токсичный элемент.

При аккуратной же эксплуатации шуруповертов с такими АКБ приборы гарантированно будут работать долгое время на высокой мощности, в любых погодных и температурных условиях. К тому же их можно очень быстро заряжать.

Ni-MH аккумулятор

По своему устройству и механизму работы никель-металл-гидридные батареи очень похожи на кадмиевые и были изобретены практически сразу после них. Основное отличие состоит в материале, из которого изготовлен отрицательный электрод.

В аккумуляторах типа Ni-MH он состоит из особого справа металлов, которые абсорбируют водород. Часть из них реагируют с ионами электролита с выделением тепловой энергии, другая часть – с ее поглощением, в результате чего возможно безопасное и экологически безвредное использование такого устройства.

Как работает зарядное устройство для АКБ?

ЗУ для аккумулятора обычно состоит из выпрямителя и трансформатора и создает ток с постоянным напряжением около 14 вольт. Также хорошие приборы содержат элементы, которые следят за напряжением на питаемом аккумуляторе и в нужный момент выключают зарядку.

По ходу процесса работы зарядного устройства для автомобильного аккумулятора или для любого другого подаваемый им ток сам собой падает. Вызвано это тем, что в заряжающемся АКБ увеличивается сопротивление, и он больше не пропускает ток с большим напряжением. Если в зарядке есть измеритель, то он фиксирует тот момент, когда в батарее достигнуто напряжение в 12В, после чего ее можно отключать от сети.

АКБ – вещь не такая сложная, как может показаться. Ее устройство легко понять, к тому же, принцип работы одинаков для разных видов. Знать его владельцу аккумулятора хоть в машине, хоть в настенных часах, очень полезно – это поможет поступать правильно на всех этапах – выбора, обслуживания и утилизации батарейки.

batteryk.com

Принцип работы аккумуляторной батареи (АКБ)

Важной частью каждого автомобиля является аккумуляторная батарея (АКБ).

Автомоби́льный аккумуля́тор — это тип аккумулятора, который применяется на автомобильном или мототранспорте. Используется в качестве источника электроэнергии для работы бортовой сети автомобиля при неработающем двигателе или для запуска двигателя.

АКБ служит для электрического питания цепей управления и бортовой сети, когда двигатель не работает. Но самое главное его предназначение – пуск двигателя. АКБ приводит в действие стартер, во время заводки двигателя автомобиля.

В последнее время на автомобилях применяют кислотно-свинцовые аккумуляторы, с напряжением 12 В. Они хорошо зарекомендовали себя и имеют долгий срок эксплуатации. Но если ваш аккумулятор сдох, можно попытаться реанимировать АКБ. 

Основные параметры автомобильного аккумулятора, которыми он должен обладать

  1. Не большое внутреннее падение напряжения;
  2. Медленный саморазряд во время эксплуатации;
  3. Способность выдавать большие токи;
  4. Удобные габариты и простое обслуживание.

Кислотно-свинцовый автомобильный аккумулятор соответствует этим требованиям.

Устройство аккумуляторной батареи (АКБ)

Аккумулятор 12В состоит из нескольких независимых друг от друга банок — аккумуляторов по 2 В. каждый. Аккумуляторы последовательно собираются и соединяются между собой в одном корпусе.

  1. Банка аккумулятора состоит из полюсных пластин, изолированных друг от друга кислотоупорными сепараторами.
  2. Корпус аккумулятора изготовлен из специальной кислотоупорной пластмассы или эбонита. В корпусе вылиты специальные отсеки для установки банок аккумулятора.
  3. Полюсная пластина представляет собой решетку с ячейками, изготавливаемую из свинца. В каждую ячейку решетки впрессовано активное вещество пористой структуры, что обеспечивает увеличение площади соприкосновения с электролитом.

В состав активного веществавходит свинцовый порошок с добавлением серной кислоты. В отрицательных пластинах размещается сернокислый барий. Во время формировки АКБ пластины заряжаются, и активное вещество превращается в диоксид свинца, а в отрицательных – в губчатый свинец.

Электролит – специальная жидкость, которая заливается в банки аккумулятора и служит для движения заряженных частиц от полюса к полюсу. Электролит состоит из серной кислоты и очищенной дистиллированной воды.

Принцип работы аккумуляторной батареи (АКБ)

 В процессе работы в АКБ происходит движение заряженных частиц, вследствие чего появляется ток.

Обслуживание АКБ

АКБ необходимо обслуживать и заряжать. Если вы настоящий автомобилист или водитель вам следует знать как заряжать АКБ.  Если вы столкнулись с проблемой пуска двигателя зимой, скорее всего вам придется запустить двигатель от АКБ другого автомобиля. 

www.autoezda.com

Устройство и работа аккумуляторной батареи АКБ

Важной частью каждого автомобиля является аккумуляторная батарея (АКБ).

Автомоби́льный аккумуля́тор — это тип аккумулятора, который применяется на автомобильном или мототранспорте. Используется в качестве источника электроэнергии для работы бортовой сети автомобиля при неработающем двигателе или для запуска двигателя.

АКБ служит для электрического питания цепей управления и бортовой сети, когда двигатель не работает. Но самое главное его предназначение – пуск двигателя. АКБ приводит в действие стартер, во время заводки двигателя автомобиля.

В последнее время на автомобилях применяют кислотно-свинцовые аккумуляторы, с напряжением 12 В. Они хорошо зарекомендовали себя и имеют долгий срок эксплуатации. Но если ваш аккумулятор сдох, можно попытаться реанимировать АКБ. 

Основные параметры автомобильного аккумулятора, которыми он должен обладать

  1. Не большое внутреннее падение напряжения;
  2. Медленный саморазряд во время эксплуатации;
  3. Способность выдавать большие токи;
  4. Удобные габариты и простое обслуживание.

Кислотно-свинцовый автомобильный аккумулятор соответствует этим требованиям.

Устройство аккумуляторной батареи (АКБ)

Аккумулятор 12В состоит из нескольких независимых друг от друга банок — аккумуляторов по 2 В. каждый. Аккумуляторы последовательно собираются и соединяются между собой в одном корпусе.

  1. Банка аккумулятора состоит из полюсных пластин, изолированных друг от друга кислотоупорными сепараторами.
  2. Корпус аккумулятора изготовлен из специальной кислотоупорной пластмассы или эбонита. В корпусе вылиты специальные отсеки для установки банок аккумулятора.
  3. Полюсная пластина представляет собой решетку с ячейками, изготавливаемую из свинца. В каждую ячейку решетки впрессовано активное вещество пористой структуры, что обеспечивает увеличение площади соприкосновения с электролитом.

В состав активного вещества входит свинцовый порошок с добавлением серной кислоты. В отрицательных пластинах размещается сернокислый барий. Во время формировки АКБ пластины заряжаются, и активное вещество превращается в диоксид свинца, а в отрицательных – в губчатый свинец.

Электролит – специальная жидкость, которая заливается в банки аккумулятора и служит для движения заряженных частиц от полюса к полюсу. Электролит состоит из серной кислоты и очищенной дистиллированной воды.

Принцип работы аккумуляторной батареи (АКБ)

 В процессе работы в АКБ происходит движение заряженных частиц, вследствие чего появляется ток.

Обслуживание АКБ

АКБ необходимо обслуживать и заряжать. Если вы настоящий автомобилист или водитель вам следует знать как заряжать АКБ.  Если вы столкнулись с проблемой пуска двигателя зимой, скорее всего вам придется запустить двигатель от АКБ другого автомобиля. 

www.autoezda.com

Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора | Полезные статьи

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал! Автомобиль в наше время перестал быть роскошью и стал средством передвижения. Многих автомобилистов интересуют такие вопросы, как: какие автомобильные аккумуляторы лучшие, устройство автомобильного аккумулятора и принцип его работы. Сегодня в нашей статье мы ответим на эти вопросы, а также расскажем, можно ли зарядить автомобильный аккумулятор. 

 

Устройство автомобильного аккумулятора

 

Автомобильный аккумулятор состоит из следующих элементов:

 

• Корпус и крышка из эбонита или кислотостойкого пластика. На крышке располагаются специальные отверстия, через которые заливается электролит и осуществляется дальнейшая дозаливка дистиллированной воды. Заливные отверстия закрываются пробками из полиэтилена, имеющими вентиляционные отверстия для выхода газов при эксплуатации.

• Полюсные выводы – отрицательный и положительный. Для того чтобы не перепутать полярность, выводы имеют разные диаметры (у положительного он больше), а также могут иметь гравировку «+» и «-». Это исключает возможность неправильного подключения электропотребителей к АКБ.

 

Под крышкой аккумулятора размещаются:

 

• Аккумуляторная батарея, состоящая из шести аккумуляторов или, как их еще называют, банок. Банки помещены в электролит – раствор, состоящий из 35% серной кислоты и 65% дистиллированной воды. Электролит необходим для взаимодействия химических элементов и вырабатывания электрического тока.

• Борны, предназначенные для наружного токоотвода. К ним привариваются положительный и отрицательный полюсные выводы.

• Перегородки, обеспечивающие разделение блоков аккумуляторов (банок) друг от друга.

• Полюсные мосты с межэлементными соединителями, при помощи которого выполняется герметичное соединение блоков аккумуляторов через перегородку корпуса.

 

Банки же в свою очередь состоят из следующих частей: 

 

• Блок положительных электродов, выполненный из свинцовых решетчатых пластин, на которые нанесена активная масса из диоксида свинца. Все электроды через ушко подсоединены к полюсному мосту.

• Блок отрицательных электродов из свинцовых решетчатых пластин, в которые впрессована активная масса из мелкопористого свинца. Электроды через ушко, так же подсоединены к соответствующему полюсному мосту. 

 

Стоит отметить, что количество реагента, нанесенного на пластины положительных и отрицательных электродов, определяет такую важную характеристику аккумуляторной батареи, как ее емкость, а площадь поверхности пластин — пусковой ток.

 

• Сепаратор. Чаще всего представляет собой конверт из мипора, мипласта или полиэтилена. Он обеспечивает разделение участвующих в электрохимических превращениях реагентов, а также обеспечивает возможность диффузии электролита от одного электрода к другому.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролит. При подключении нагрузки к аккумулятору активное вещество на положительных и отрицательных электродах вступает в химическую реакцию с электролитом, который частично диссоциирован на положительные и отрицательные ионы. Под действием ЭДС аккумулятора электрический ток потечет по направлению от положительного электрода к отрицательному. Электроны, накопившиеся на отрицательном электроде, будут перетекать по внешней цепи в противоположном направлении. Электроны, двигаясь по сеткам электродов, будут вырабатывать электрический ток, при этом в одной банке формируется напряжение около двух Вольт. После того как электроны из первой банки проходят во вторую, они набирают еще два Вольта. Далее все повторяется, пока напряжение автомобильного аккумулятора на выходе не составит 12 Вольт. 

 

Важно отметить, что во время разрядки происходит окислительная реакция, которая приводит к образованию на пластинах электродов сульфата свинца и к истощению электролита. 

 

Чтобы выполнить заряд автомобильного аккумулятора, к его борнам необходимо присоединить источник тока, напряжение которого превышает ЭДС аккумулятора. Ток будет протекать через аккумулятор в направлении, обратном току разряда. Электроны будут перетекать от отрицательных электродов к положительным, при этом так же будет восстанавливаться ионный состав электролита. 

 

Как правило, считается, что чем больше емкость АКБ, тем лучше. Однако следует отметить, что при выборе аккумуляторной батареи для своего авто нужно учитывать рекомендации производителя по емкости и напряжению. А значит, «правильный» автомобильный аккумулятор тот, который подобран в соответствии с требуемыми характеристиками.

 

Мы рассказали об устройстве и принципе работы аккумуляторной батареи. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором подробно показано, как устроен АКБ и как она работает.

cable.ru

Как восстановить аккумулятор автомобиля в домашних условиях

Каждый автомобилист знает насколько важна правильная работа аккумуляторной батареи для функционирования всего механизма. Именно свинцово-кислотные батареи используются в качестве стартерных устройств для легковых автомобилей.

В данной статье мы расскажем об устройстве и принципе работы АКБ, также речь пойдет о диагностике батареи, о самых распространенных проблемах и о способах ее восстановления.

Содержание статьи:

Устройство и принцип работы АКБ

Корпус изделия выгнан из пропилена, данный материал был выбран по двум главным причинам:

  1. Не проводит ток
  2. Не разрушается под действием кислоты

Одно устройство включает в себя шесть соединенных между собой аккумуляторов. Отдельная батарея объединяет отрицательные и положительные электроды (для их изготовления берется свинцовый сплав, для отрицательных электродов – свинцово-кальциевый состав), наполненные активной массы.

Изоляцию слоев противоположного заряда обеспечивает сепаратор из пластмассы. С целью улучшения стойкости к коррозии, свинцово-кальциевый сплав для электродов может разбавляться серебром либо оловом.

Читайте также: АКБ — что это, устройство и принцип работы аккумулятора в автомобиле

Активная масса отрицательных электродов состоит из губчатого свинца, положительных – из диоксида свинца.

Есть два вида АКБ:

  1. С жидким электролитом.
  2. Со специальным материалом, предварительно пропитанным нежидким электролитом.

Сегодня наиболее распространены аккумуляторные батареи с жидким электролитом.

Принцип функционирования основан на превращении электрической энергии в химическую при заряде, при разряде идет обратное действие – химическая энергия преобразовывается в электрическую.

Разряд батареи случается в результате подключения потребителей: активная масса электродов (отрицательных и положительных) вступает во взаимодействие с электролитом.

В результате чего генерируется сульфат свинца с водой и уровень плотности электролита падает. При правильной работе генератора, он дает зарядку аккумуляторной батарее во время работы двигателя.

Также АКБ можно зарядить специальным прибором, в результате заряда сульфат свинца и вода превращаются в свинец, двуокись свинца и серную кислоту, таким образом, уровень плотности увеличивается.

Обратите внимание! Заряд  должен выполняться с учетом рекомендуемого электрического напряжения, в случае нарушения данного правила эксплуатации, срок службы устройства может стать значительно меньше указанного.

В результате высокого напряжения падает уровень электролита, низкое напряжение может стать причиной неполной зарядки батареи. В целом срок службы АКБ составляет около пяти лет, все зависит от условий, в которых эксплуатируется прибор.

Параметры прибора:

  1. Номинальная емкость. Данный показатель измеряется в ампер-часах (Ач), зависит от отдаваемой энергии заряженного прибора при разряде (20 часов). Например, прибор объемом в 50 Ач на протяжении двадцати часов отдает ток 2,5 А.
  2. Номинальное напряжение состоит из напряжения отдельных батарей, у легкового автомобиля составляет 12 В.
  3. Показатель тока холодной прокрутки обозначает возможности автомобиля завестись в холодный период. Чем выше показатель, тем легче двигателю запускаться в мороз.

Неисправности АКБ

Аккумуляторная батарея, как и любой механизм, может выходить из строя, в результате чего будет неправильно работать либо перестанет работать вовсе. Ниже мы рассмотрим самые частые неполадки в работе системе и научим, как исправить их.

Очень часто владельцы автомобилей сталкиваются с проблемой окисления выводов, в результате чего прекращается подача тока и увеличивается противодействие в цепи, таким образом, из строя выходит вся электрическая система.

Читайте также: Что делать если при зарядке аккумулятор начинает кипеть?

Чтобы решить проблему необходимо:

  • Снять клеммы.
  • Зачистить клеммы и выводы аккумулятора.
  • Теперь ставим все на место, проверяем правильность и надежность креплений – клемма не должна двигаться либо отходить от вывода.
  • Рекомендуется верх клеммы смазать техническим вазелином.

Многие водители жалуются на быстрый разряд аккумуляторной батареи.

Этому может быть две причины:

  1. Загрязнение электролита, находящегося внутри прибора.
  2. Загрязнение самого прибора.

В данном случае необходимо снять батарею и хорошо протереть все контакты, обратите внимание прибор нельзя оставлять мокрым. Далее необходимо проверить чистоту и уровень электролита, по необходимости стоит заменить жидкость на новую.

Как диагностировать автомобильный Аккумулятор

Прежде чем приступать к диагностике прибора, необходимо снять его.

Обратите внимание! Первой снимается отрицательная клемма. Однако при установке она подключается последней.

Уровень электролита

Проводить проверку уровня и плотности аккумуляторного раствора рекомендуется не менее одного раза на три месяца. Уровень проверяется с использованием трубки из стекла (внутренний диаметр должен быть 4-5 мм) через заливные просеки.

Трубку следует опускать до конца, наружный просек необходимо хорошо заткнуть пальцем и вынуть. Допустимый уровень электролита в аккумуляторной батарее должен быть равен 12-15 мм.

При наличии тубуса в аккумуляторе уровень может превышать на 3-5 мм.

Плотность электролита

Второй показатель – плотность электролита – играет не менее важную роль, поэтому контролировать его также нужно.

Проверять его можно денсиметром, рекомендуемая температура должна быть +25°С.

Во время эксплуатации плотность жидкости может колебаться, полный разряд – полный заряд, показатели могут меняться на 0,15-0,16 единиц.

Читайте также: Что делать если разрядился аккумулятор в машине — проверенные способы как вернуть жизнь АКБ

Высокий уровень плотности может стать причиной быстрой изношенности прибора, при низком уровне плотности запуск двигателя будет выполняться долго и проблемно.

Уровень заряда батареи

Чтобы проверить показатель заряда автомобильного аккумулятора следует использовать нагрузочную вилку. Данное устройство имеет вольтметр, переключатель нагрузочного сопротивления, рукоятку и два контакта.

Также заряд можно определить, отталкиваясь от выходного напряжения, для этого понадобятся мультиметр и вольтметр (важно отключить минусовую клемму).

Современные устройства оснащены индикатором, показывающим заряд батареи. Если прибор заряжен, то индикатор горит зеленым цветом, разряжен – белым или красным.

Чтобы зарядить автомобильный аккумулятор необходимо использовать зарядной прибор, который является источником тока: положительный контакт присоединяем к плюсовой клемме, отрицательный – к минусовой.

Способы восстановления Аккумулятора

Каждого автомобилиста интересует вопрос о том, как продлить срок эксплуатации аккумулятора или как восстановить его работу.

И все же если вы пропустили или проигнорировали некоторые советы, касающиеся эксплуатации устройства, не стоит отчаиваться, ниже мы расскажем, какие есть способы восстановления функционирования данного прибора.

Использование КТЦ

КТЦ (контрольно-тренировочный цикл), данная процедура способствует восстановлению емкости и избеганию процесса сульфатации. Процедура КТЦ состоит из нескольких этапов разряда и заряда аккумулятора.

Для этого нам понадобятся:

  • Зарядное устройство.
  • Устройство для контроля напряжения – вольтметр.
  • Устройство для контроля уровня плотности электролита – ареометр.
  • Лампочка.

Итак, для начала полностью заряжаем аккумулятор. Важно, чтобы во время зарядки крышки с банок были сняты. Батарею следует заряжать от 6 до 8 часов.

По завершению процедуры с помощью ареометра необходимо проверить уровень плотности электролита в каждой банке отдельно – показатель должен быть равен 1,27 г/см. куб. По необходимости в банки добавляется дистиллированная вода либо серная кислота, после чего батарея ставится на зарядку еще на полчаса.

Режим многократной зарядки

Не менее простым методом восстановления правильной работы аккумуляторной батареи, предлагаемым специалистами автодела, является проведение нескольких этапов заряда прибора с перерывами. Изначально необходимо установить уровень тока до показателя 0,04 от номинального объема аккумулятора. После 8 часов проведения зарядки необходимо сделать 12-часовой перерыв (не более 16 часов).

Перерыв необходим для выравнивания внутренних потенциал и внешних свинцовых пластин, выполняется диффузия плотного электролита в промежутки между электродами.

Читайте также: Как правильно менять Антифриз в машине

После перерыва возобновляется процедура заряда аккумулятора. Рекомендуется провести не менее 5 таких процедур. В ходе увеличения объема будет увеличиваться уровень плотности электролита, в результате чего его необходимо разбавлять дистиллированной водой и контролировать показатель уровня, важно держать его в пределах нормы.

Химические средства

Итак, для начала необходимо выполнить полную зарядку аккумуляторного устройства, после чего важно слить весь электролит. Теперь необходимо промыть емкость дистиллированной водой, не менее трех раз.

Для следующего этапа промывки берем раствор 5% (вес.) аммиака и 2% (вес.) Трилона В. Заливаем его в емкость предварительно очищенную с помощью дистиллированной воды, с которой был вылит электролит, и оставляем на час.

Внутри будут наблюдаться брызги и активное газовыделение, это идет процесс десульфатации. По завершению газовыделения, процедуру можно считать завершенной. Теперь сливаем жидкость с аккумулятора и снова промываем емкость с помощью дистиллированной воды (2-3 раза). Теперь наполняем батарею новым электролитом и проводим полную зарядку.

Если наблюдается сильная сульфатация, то восстановление аккумулятора таким раствором можно провести пару раз. Однако отметим, что такой раствор невозможно приготовить самостоятельно, рекомендуется обратиться к специалисту.

Импульсный ток

Данный способ поможет решить проблему замыкания в банке аккумуляторной батареи, многие не знают о таком методе либо не рискуют его использовать, однако, по отзывам многих автолюбителей можно с уверенностью сказать, что метод выжигания с помощью импульсивного тока довольно эффективен.

Подключаем аккумулятор к источнику, вырабатываемому большой ток (в данном случае это не менее 100 ампер). Очень часто с такой целью используется сварочный аппарат. Замыкание в банке выжигается в результате двухсекундного прохождения такого тока.

autovogdenie.ru

Как работает аккумулятор?

Знание — сила, особенно, когда дело доходит до аккумулятора Вашего автомобиля и его (автомобиля) электрической системы. На самом деле, если двигатель — сердце нашего автомобиля, то аккумулятор — это его центральная нервная система (а, может быть, даже и душа) — он хранит и производит электроэнергию, а также контролирует силу тока электросети. Последнее, что Вы хотели бы — это остаться на пустынной трассе с умершим аккумулятором. Чем больше Вы знаете об аккумуляторе и электрической системе в целом, тем меньше вероятности попасть в такую ситуацию.

Как работает автомобильный аккумулятор?

Автомобильный аккумулятор обеспечивает всю электросистему машины необходимым количеством электроэнергии для питания всех электрических компонентов в Вашем автомобиле. И речь здесь идёт о довольно огромной ответственности. Без аккумулятора автомобиль, как Вы, наверное, уже поняли, никуда не поедет. Давайте взглянем на то, как работает этот мощный маленький ящик!

Химическая реакция — это главный принцип работы аккумулятора: он попросту преобразует химическую энергию в электрическую, необходимую для питания Вашего автомобиля, обеспечения напряжением стартера и множества других электрических узлов машины, а также электрическую — обратно в химическую. Ещё одна важная функция аккумулятора — он обеспечивает постоянство силы тока — он также стабилизирует напряжение для того, чтобы двигатель работал.

По-простому принцип работы аккумулятора можно охарактеризовать так: химические процессы в нём приводят в появлению электрического тока, которым питается автомобиль — особенно полезен такой ток, и больше всего его потребляется, когда Вы стартером раскручиваете двигатель, заводя его; когда же автомобиль заведён, то двигатель крутит генератор — и здесь мы видим процесс превращения механической энергии (кручение генератора) в электрическую — в свою очередь генератор передаёт произведённый им ток аккумулятору, и тот превращает уже электроэнергию в химическую — аккумулирует её, сохраняет, чтобы затем опять «накормить» ей тот стартер или любые иные электрические системы автомобиля, когда генератор не работает или же когда электроэнергии, производимой генератором недостаточно для обеспечения всех систем автомобиля.

Автомобильный аккумулятор имеет два полюса: один положительный и второй — отрицательный, и Вы, наверное, уже знаете это, если хотя бы раз видели или отсоединяли/крепили клеммы аккумулятора. Эти полюсы подключаются к машине и отвечают за питание ряда очень важных механизмов автомобиля, в том числе:

  • Запуск двигателя
  • Кондиционер
  • Воспроизведение аудиосистемы
  • Все световые механизмы (фары, задние фонари, разного рода подсветки и т.п.)
  • Стеклоочистители
  • Многое-многое другое.

В подавляющем большинстве случаев аккумулятор состоит из шести ячеек. В каждую ячейку помещаются два электрода, представляющих собой и изготовленных из восьми перекрывающихся металлических пластин. Эти восемь перекрывающихся металлических пластин образуют то, что известно как «гальванический элемент». Таким образом, в общей сложности каждая ячейка включает 2 электрода и 16 пластин. Именно через эти пластина производится питание электричеством автомобиля. Но как это работает?

На самом деле, всё достаточно просто — давайте резюмируем вышеописанное:

  • Батарея состоит из шести ячеек
  • Каждая ячейка состоит из двух наборов пластин
  • Каждый набор пластин включает в себя восемь перекрывающихся металлических пластин

А теперь немного химии…

Первый набор пластин в ячейке является положительным, а второй — отрицательным. Положительное сетка покрыта оксидом свинца и приносит электроны в ячейку. Отрицательный набор покрыт непосредственно свинцом, и он, наоборот, освобождает электроны. Металлические пластины — помните, восемь из них в каждой сетке, 16 в каждой ячейке — находятся в смеси воды и серной кислоты (на самом деле в этой концентрации только около 35 процентов серной кислоты, но этого более чем достаточно, чтобы, например, прожечь одежду и сильно обжечь кожу. Эта смесь действует как электролит — вещество, которое хорошо проводит электричество.

Когда аккумулятор заряжается (от генератора или другими способами), то происходит химическая реакция окисления свинца на положительном заряде, в результате чего электролит насыщается серной кислотой и удельный вес электролита повышается. Когда же аккумулятор, наоборот, разряжается, питая какие-либо электросистемы автомобиля (мы помним, что основной потребитель — это стартер), то за счёт восстановления свинца на другом — отрицательном наборе пластин, в результате которого образуется больше воды, и, следовательно, удельный вес электролита уменьшается. При этом, химический процесс в каждой из пластин настолько ничтожен, что выделяется очень мало энергии, но на выходе из аккумулятора легкового автомобиля, когда все эти реакции проходят по всем 6 ячейкам, мы и получаем уже сокровенные 12 Вольт.

Возможные неполадки аккумулятора

Аккумулятор со временем приходит в негодность — это естественный его износ и, кроме того, разного рода вредные процессы в нём и воздействия на него могут значительно укоротить срок его жизни. И первыми симптомами того, что в аккумуляторе есть неполадки, являются неспособность завести автомобиль (особенно, в морозную погоду).

Итак, какие же могут быть проблемы с аккумулятором?

  • Низкий уровень жидкости в аккумуляторе: автомобильные аккумуляторы обычно имеют небольшую часть корпуса в виде полупрозрачной полосы — чтобы Вы всегда могли следить за уровнем жидкости Вашего аккумулятора. Если уровень жидкости ниже свинцовых пластин (проводник электричества) внутри аккумулятора, то это самое время, чтобы либо долить её, либо заменить аккумулятор.
  • «Отёк» аккумулятора — это когда корпус Вашего аккумулятора выглядит так, как-будто он съел очень много и вздулся. Это может указывать на срочную замену аккумулятора. Можно обвинить избыточное количества тепла в качестве причины вздутия аккумулятор и, как следствие, уменьшения срока службы аккумулятора.
  • Запах тухлых яиц от аккумулятора: Вы можете заметить острый запах тухлого яйца (на самом деле, это запах серы) вокруг своей батареи. Причина: протечка аккумулятора. Протечка эта, кроме запаха, также вызывает коррозию вокруг клемм.

howcarworks.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о