Принцип работы аккумулятора

Оглавление

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.

Рекомендуем: Предохранители skoda octavia a5 и реле с описанием назначения

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.

Основные характеристики

Мы уже рассмотрели, что такое аккумуляторные батареи, устройство этих конструкций, из чего их делают. Теперь давайте сосредоточимся на том, что влияет на их эксплуатацию. Важными для нас характеристиками являются:

  1. Плотностью называют характеристику соотношения количества энергии к объему или весу аккумулятора.
  2. Емкостью именуют значение максимального заряда аккумулятора, которое он может отдать во время процесса разряда, пока не будет достигнуто наименьшее напряжение. Данный показатель выражается в ампер-часах или кулонах. Также может указываться энергетическая емкость. Она измеряется в ватт-часах или джоулях. Задача такой емкости — сообщать о количестве энергии, что отдаётся во время разряда до достижения минимального допустимого напряжения.
  3. Температурный режим оказывает влияние на электрические свойства аккумуляторной батареи. Когда есть серьезные отклонения от рекомендованного производителем диапазона эксплуатации, то существует высокая вероятность выхода источника питания из строя. Это объясняется тем, что холод и жара влияют на интенсивность протекания химических реакций, а также на внутреннее давление.
  4. Саморазрядом именуют потери емкости, которые происходят после заряда батареи, когда отсутствует нагрузка на клеммах. Во многом этот показатель зависит от конструктивного исполнения и может увеличиваться, если нарушилась изоляция.

Вот такие характеристики аккумуляторных батарей и предоставляют для нас наибольший интерес. Конечно, если придётся делать что-то новое и эксклюзивное, ранее невиданное, то может понадобиться и что-то ещё. Но это весьма маловероятно.

Типы АКБ

В зависимости от состава электролита, материалов электродов и особенностей конструкции можно выделить три распространённых типа аккумуляторов.

Свинцово-кислотные

Эти АКБ имеют самую долгую историю популярности в качестве автономных источников питания. Большинство таких батарей изготовлены из свинцовых пластин или сеток, где одна из решёток (положительный электрод) покрыта диоксидом свинца в кристаллической форме. Электролит, состоящий из серной кислоты, участвует в реакциях свинца и диоксида свинца с образованием сульфата свинца. Перемещение ионов последнего образует ток разряда. Заряд происходит при помощи восстановления током заряда диоксида свинца на катоде.

Этот тип батарей был востребован на протяжении более чем сотни лет благодаря следующим особенностям:

  • широкому диапазону возможностей как при производстве сильных, так и слабых токов;
  • надёжностью в течение сотен циклов в присутствии контроля заряда;
  • относительно низкой стоимости (свинец дешевле в пересчёте на ёмкость чем никель, кадмий, литий или серебро);
  • большой срок годности при хранении для перезаряжаемого устройства;
  • высокое напряжение единичной ячейки;
  • простотой изготовления (литьё, сварка, прокатка).

Щелочные батареи

В этом типе батарей электрическая энергия генерируется в результате химических реакций в щелочном растворе с использованием различных электродных материалов.

Наиболее известные из них:

  • Никель-кадмиевые. Способны выдавать исключительно высокие токи, перезаряжаться сотни раз, терпимы к ошибкам в обслуживании. Но, в сравнении со свинцово-кислотными, тяжелы и имеют ограниченную плотность энергии. Их долговечность напрямую зависит от полной разрядки в каждом цикле. Если её не делать, элементы проявляют так называемый эффект памяти, который выражается в снижении их ёмкости. Используются широко для запуска авиадвигателей, систем аварийного жизнеобеспечения и в сочетании с источниками солнечной энергии.
  • Никель-цинковые. Самые привлекательные, с точки зрения их развития. Если их жизненный цикл будет значительно продлён, системы такого рода могут стать жизнеспособной заменой для никель-кадмиевых и свинцово-кислых батарей.
  • Никель-железные. Могут обеспечить тысячи циклов, но не перезаряжаются эффективно. При пополнении ёмкости заметно выделяют тепло и потребляют много электроэнергии.
  • Никель-водородные. Были изобретены прежде всего для космической программы США. Водород в таких системах служит активным анодным материалом. Заменяют собой никель-кадмиевые во многих областях, благодаря высокой мощности на единицу объёма и терпимости к качеству обслуживания. Используются в электрических транспортных средствах.
  • Цинково-марганцевые. Применяются в системах, не нуждающихся в большом количестве электричества. Высокая плотность энергии и низкая стоимость этих батарей способствует дальнейшей инженерной работе над их усовершенствованием.
  • Серебряно-цинковые. Одни из самых дорогих. Используются там, где высокая плотность мощности, малый вес и малый объём имеют решающее значение: в специальных транспортных средствах и портативных радиолокационных узлах.

Литиевые перезаряжаемые устройства

К ним относятся аккумуляторы с литиевым анодом или использованием в электрохимической реакции ионов лития. 

Благодаря высокой плотности накапливаемой энергии и ничтожному саморазряду, этот тип АКБ популярен как источник питания потребительской электроники. Главный недостаток литиевых батарей — риск неожиданного возгорания от перегрева. 

Литий полимерные батареи — более совершенные в своём классе. В них вместо жидкого электролита используют твёрдый полимерный. Эти батареи легче обычных литий ионных, но из-за высокой цены не смогли полностью их заменить.

Устройство АКБ автомобиля

Внешне аккумулятор автомобиля выглядит как монолитный источник питания, но на самом деле он состоит из шести отдельных аккумуляторов, соединённых друг с другом по последовательной схеме с помощью свинцовых перемычек. Каждый такой аккумулятор расположен в отдельном отсеке (банке) и имеет номинал 2,1-2,2 В. Поскольку подключение последовательное, разница потенциалов между первой положительной пластиной первой банки и последней отрицательной пластины шестого отсека является арифметической суммой напряжений в каждом аккумуляторе, что даёт 12,6-13,2 вольта.

Рассмотрим более детально, как устроен автомобильный аккумулятор. Он включает следующие основные компоненты:

  • корпус (изготавливается из пластика);
  • крышку;
  • свинцовые пластины (положительные и отрицательные).
  • перемычки, соединяющие банки между собой;
  • два вывода для подключения к бортовой сети;
  • электролит – раствор серной кислоты;
  • заливные пробки (обслуживаемые батареи).

Корпус, крышка

На первый взгляд может показаться, что корпус у аккумуляторной батареи цельный. На самом деле крышка съёмная, хотя и она, и корпус изготавливаются из пластика, нечувствительного к воздействию кислоты. Внутрь корпуса устанавливаются банки, закрываемые сверху крышкой, которая после этого герметизируется.

Пластины

Внутреннее устройство аккумуляторной батареи для автомобиля включает шесть небольших аккумуляторов, каждый из которых состоит из набора положительных и отрицательных пластин.

Минусовая пластина изготавливается из свинца губчатой структуры (катод), плюсовая сверху покрыта слоем диоксида свинца (анод). Уменьшения саморазряда добиваются за счёт ввода в свинец присадки. Для классических необслуживаемых батарей это сурьма (её доля не превышает 5%), в современных АКБ используют кальций, которые существенно уменьшает процессы сульфатации пластин, обеспечивая увеличение ёмкости батареи на величины порядка 50-70%. В гелиевых батареях и устройствах типа AGM используется чистый свинец, позволяющий увеличить значение пускового тока до 1300 ампер.

Электролит

Именно электролит, являющийся раствором серной кислоты в дистиллированной (очищенной от примесей) воде, обеспечивает электрохимические реакции, приводящие к появлению тока. Жидкость считается довольно концентрированной (35% кислоты) и потому небезопасной. Доли воды и кислоты во время работы батареи изменяются, в результате первоначальная плотность электролита варьируется в широких пределах, от 1,22 до 1,32 г/см3. Чем выше плотность, тем больше в электролите серной кислоты и тем устойчивее АКБ к пониженным температурам.

Сепаратор

В автомобильных жидкостных батареях аккумуляторы разделяются посредством сепаратора – пластины из электрически нейтрального, стойкого к кислоте пластика, эбонита или ревертекса. В необслуживаемых моделях батарей в качестве диэлектрика, разделяющего положительные и отрицательные пластины, используется микроволокно, которое, помимо основной функции, удерживает молекулы электролита, не позволяя ему испаряться. Каждая пластина обёрнута таким микроволокном, словно конвертом, что позволяет максимально плотно поместить пластины по отношению друг к другу.

Клеммы и пробки

Клеммы – это свинцовые выводы, соединённые внутри с крайними пластинами, а снаружи к ним подключаются провода в составе бортовой церии автомобиля. Обслуживаемые АКБ оснащаются пробками, закрывающими отверстия в крышке, через которые возможна заливка готового электролита или дистиллированной воды.

Можно ли заряжать аккумулятор не отсоединяя от бортовой сети автомобиля

При зарядке аккумулятора напряжение на его клеммах может достигать, в зависимости от типа зарядного устройства, 16 В. Даже когда ключ зажигания вынут из замка зажигания, то все равно остаются подключенными некоторые устройства, например, система охранной сигнализации, лампочка освещения салона, багажника. В зависимости от модели автомобиля могут быть подключены и другие устройства. Таким образом, вместо предельно допустимого по паспорту напряжения питания, на устройства будет подано большее, что может привести к выходу их из строя. Таким образом, если Вы не уверены, что все приборы при вынутом ключе из замка зажигания обесточены, то лучше не рисковать и перед зарядкой аккумулятора отключить от бортовой сети его отрицательный вывод.

Почему отрицательный? Потому что отрицательный вывод аккумулятора подключен к бортовой сети автомобиля путем непосредственного подсоединения к кузову с помощью резьбового соединения. Если отключать, положительный вывод аккумулятора первым, то можно случайно прикоснуться гаечным ключом к металлическим деталям двигателя или кузова автомобиля. Получится короткое замыкание.

Как безопасно заводить автомобиль от АКБ другого автомобиля (прикурить)

Никто не застрахован от случая, когда понадобится аккумулятор-донор для запуска двигателя собственного автомобиля, или как в народе говорят «прикурить». Обычно соединяют одноименные клеммы аккумуляторов между собой проводами с крокодилами, прибавляют газ, и запускают двигатель другого автомобиля, оставляя свой работающим. Такое «прикуривание» может вывести электронику современного электрооборудования автомобиля из строя и не стоит удивляться, если сразу или через какое-то время в Вашем автомобиле возникла неисправность. А как же правильно «прикуривать»? Ответ очень простой.

В зимнее время, прежде чем дать «прикурить», необходимо завести свой автомобиль и прогреть двигатель в течение не менее пяти минут. Заглушить двигатель. В автомобиле, котором сел аккумулятор, нужно сначала отсоединить от минусового вывода аккумулятора клемму, а затем подсоединить провода для прикуривания к плюсовому выводу и к снятой клемме с отрицательного вывода аккумулятора.

Так как потребляемый стартером ток при пуске двигателя составляет около 100 А, то сечение проводов прикуривателя должно быть не менее 10 мм2, что соответствует диаметру провода без учета изоляции 3,6 мм.

Вторые концы проводов подсоединить к выводам аккумулятора-донора. Запустить двигатель, дать ему поработать пару минут, и, не останавливая отключить провода «прикуривателя».

Вырабатываемой электроэнергии автомобильного генератора вполне хватит для питания всего включенного электрооборудования автомобиля. Подключить отрицательный вывод бортовой сети к штатному аккумулятору.

Для более быстрой подзарядки аккумулятора необходимо стараться ехать на низких передачах, чтобы обеспечить не менее 3000 обор/мин вала двигателя. При таких оборотах генератор автомобиля будет вырабатывать достаточный для питания электрооборудования и зарядки аккумулятора ток.

Для гарантированного следующего пуска двигателя после его остывания необходимо незамедлительно полностью зарядить аккумулятор от зарядного устройства.

Как заряжать АКБ

Если автомобиль используется для непродолжительных поездок, его батарея недополучает заряд, и со временем общий показатель емкости снижается. По этой причине владельцам AGM-изделий надо ежемесячно тестировать напряжение, и выполнять дозарядку.

Источник питания заражают как отключенным от бортовой сети машины, так и подключенным. Второй вариант предпочтительней – чтобы настройки автомобиля не менялись. Но тогда учитывают следующее – из-за высокого напряжения ЗУ, при холостом ходе, может испортиться электрооборудование. Поэтому, не отключая клеммы проверяют напряжение в холостом режиме, где норма 15.5 – 16 В.

Допустимое напряжение при зарядке.

Допустимое напряжение заряда для АГМ батареи на 12 В – 14.4 В. Величина напряжения ЗУ – один из

важнейших параметров для АКБ этого типа. Что до силы тока, она может превышать 0.1 С. Емкость тоже важна, так как для моделей на 50 Ач или 75 Ач выставляются разные зарядные токи. Впрочем, достаточно придерживаться диапазона 0.1 – 0.35 С.

Если резюмировать, обычный зарядник использовать можно, но только при условии, что под конец зарядки напряжение не будет превышать 14.4 В. Производители АГМ-моделей рекомендуют выставлять начальные токи зарядки 7 – 10 А.

Стандартная процедура

Порядок действий:

  1. Извлекают источник питания из автомобиля («минус» отключают первым).
  2. АКБ переносят в сухое прохладное место.
  3. Подсоединяют ЗУ, выставляя напряжение не более 0.3 С.

Двухступенчатая зарядка

Если AGM-батарея сильно разряжена, то после подключения зарядки ток может быть выше отметки 0.35 С. Хорошо, если зарядное устройство автоматически отрегулирует напряжение и силу тока. В таких ситуациях требуется зарядка в два этапа.

На первом заряжают с постоянным током в диапазоне 0.1 – 0.3 С. Когда на приборе покажет 14.2 – 14.8 В, переходят ко второму этапу, снижая ток до 0.1 С.

Трехступенчатая

Такой режим является не только эффективным, но и универсальным. Его используют, когда требуется восстановление заряда до 100% или «реанимация» в следствии глубокого разряда. Этапы:

  1. Основной заряд, наиболее продолжительный и интенсивный. Вольтаж выставляют 14.2 – 14.8 В, а силу тока – 10 – 30% от емкости АКБ. Так восстанавливается около 80% заряда за 4 часа.
  2. Накопление. Напряжение снижают на 0.3 – 1 В и доводят емкость до 100%. Рекомендуемая сила тока – 10% от уровня емкости. Продолжительность – 2 – 3 часа.
  3. Хранение. Поддерживающий этап, с напряжением 13.2 – 13.8 В и током в 5 – 10% от емкости.

По трехступенчатому алгоритму работают ЗУ, предназначенные для работы с AGM-батареями.

Графики двухступенчатой и трехступенчатой зарядки.

Подпитка

Это функция постоянного подзаряда, имеющаяся на новейших зарядках. Применяется, когда значение разряда достигло 75%.

Вольтаж выставляют плавающий, напряжение – 13.2 – 13.8 В, а силу тока – 10 – 20% от емкости. Высокие значения силы тока не выставляют, так как это влечет за собой перегрев и выход из строя аккумулятора.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Для того, чтобы разобраться, как работает аккумулятор, необходимо знать устройство акб, что внутри аккумулятора обеспечивает работу прибора. Основной принцип работы аккумулятора заключается в разности потенциалов при погружении двух пластин в электролит. В 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, каждый из которых вырабатывает 2 вольта. Все они объединены совместным корпусом, который образует единое целое конструкции.


Аккумулятор в разрезе

При работе этой конструкции, пластинки из-за действия серной кислоты выделяют сульфат свинца, в результате чего образуется электрический ток. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным. Принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, который позволяет полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора зависит от качества используемых материалов, из чего состоит акб.

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.

Рекомендуем: Популярные модели и рейтинг современных марок аккумуляторов

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.

Проверка плотности

Плотность – важный показатель. От нее не только зависит, что нужно лить при малом количестве жидкости внутри АКБ, но и:

  • температура замерзания электролита – в случае крайне низкой плотности, такой как 1,07 грамм на куб. см., он замерзнет уже при минус 5 градусов по Цельсию, а при не очень низкой (например, 1,30) температура замерзания составит аж минус 60 градусов;
  • срок службы АКБ – чем более высокая концентрация серной кислоты, тем меньше прослужит батарея.

Правильное обслуживание аккумулятора заключается в периодическом контроле за плотностью. Делается это при помощи специального прибора, продающегося в любом автомобильном магазине – ареометра. Стоимость этого приспособления составляет 150 – 200 рублей.

Проверка должна производиться на полностью заряженном аккумуляторе. Ареометр должен показать значение от 1,27 до 1,29 грамм на кубический сантиметр. Все, что ниже или выше данного показателя, является отклонением от нормы.

Пошаговая инструкция, как проверить плотность аккумуляторов ареометром:

  • берем приспособление;
  • опускаем его поочередно в каждую банку;
  • набираем электролитический раствор при помощи нажатия на грушу, находящуюся сверху прибора;
  • смотрим значение, которое покажет градуированная шкала;
  • определяем средний показатель в мм после осуществления измерений по всем 6 банкам.

После того как правильно была определена плотность, решится вопрос с тем, что нужно заливать, и нужно ли это делать вообще:

  • если плотность оказалась повышенной, то нужно лить дистиллированную воду, то есть уменьшать концентрацию серной кислоты;
  • наоборот, при пониженных значениях, нужно добавлять электролит, то есть повышать концентрацию серной кислоты.

Процедура доливки дистиллированной воды

В этой процедуре нет ничего сложного – просто заливаем понемногу в каждую банку. Далее проверяем уровень (см. выше). Как только он станет нормальным, еще раз производим проверку плотности.

Добавление или замена электролитического раствора

При низкой плотности нужно добавлять или вообще полностью менять электролит, находящийся в аккумуляторе.

Что именно делать, зависит от того, какая конкретно концентрация серной кислоты была определена по результатам замера ареометром:

  • если от 1,2 до 1,27 грамм на кубический сантиметр, то электролитический раствор добавляется согласно нижеуказанному алгоритму (ситуация № 1);
  • в случае же, если ниже 1,2 грамм на кубический сантиметр, то придется полностью менять (ситуация № 2).

Чтобы довести плотность до нормы путем добавления электролита (ситуация № 1), необходимо:

  • откачиваем как можно больше жидкости из каждой банки аккумуляторной батареи (например, при помощи резиновой груши);
  • берем электролит, купленный в автомобильном магазине, и заливаем в каждую банку половину от того объема, который откачали при помощи груши;
  • немного встряхиваем АКБ, либо же даем на клеммы небольшую нагрузку (к примеру, подключаем автомобильную лампочку) – это нужно, чтобы добавленная и уже находящаяся в АКБ жидкости хорошо перемешались;
  • произвести замер плотности – если она не достигла нормы, необходимо повторить вышеуказанные шаги еще раз.

Если плотность – крайне низкая, электролитический раствор придется весь заменить (ситуация № 2). Делается это сложнее, чем в случае добавления:

  • нужно откачать раствор при помощи груши, шприца или иного приспособления;
  • в банки залить дистиллированную воду;
  • АКБ немного покачать из стороны в сторону;
  • откачать залитую воду;
  • повторять процедуру до тех пор, пока откачиваемая вода не станет прозрачной;
  • залить новый электролит из бутылки исходя из объема, который требуется заливать в АКБ определенной емкости (см. таблицу выше);
  • проверить уровень и плотность.

Правила заливки

Автомобилист должен следовать 3 основным правилам заливки электролита и дистиллированной воды:

  • уровень электролита в АКБ должен быть на мм выше пластины — от 10 до 15;
  • при необходимости доливки воды следует использовать именно дистиллированную – воду из-под крана лить категорически запрещено из-за наличия в ней примесей и солей тяжелых металлов, которые будут способствовать коррозии свинцовых пластин, их окислению;
  • при контроле показаний ареометром следует учитывать климатические условия – если машина эксплуатируется преимущественно в северных регионах, то норма плотности чуть выше (около 1,30 – 1,31 грамм на 1 куб. см.), наоборот, если ТС используется на территориях с жаркой погодой, норма чуть ниже (1,25 – 1,26 грамм на 1 куб. см.).

Обзор автомобильных аккумуляторов

Сурьмянистый АКБ

Название «Сурьмянистый» происходит из того факта, что в этом источнике питания большое количество сурьмы (Sb) – это вещество, которое придает свинцу твердость. Устройство батареи основано на сплаве сурьмы со свинцом (5-15% Sb), из которого изготовляют пластины применяемые. Когда в АКБ напряжение достигает 12 В — происходит бурная активизация процесса электролиза благодаря сурьме. В процессе выделяются водород и кислород. При такой работе понижается уровень электролита из которого начинают выступать пластины электродов. Как результат — частая доливка воды в аккумулятор. Это устаревший вид батарей, который уже не применяют, кроме старой аппаратуры. Современные АКБ содержат сурьму, но в меньшем количестве.

Малосурьмянистые АКБ

Это аккумуляторы идентичные описанным выше, но содержащие меньше пяти процентов сурьмы. Это сделали для меньшего испарения вода, в результате – проблема частой доливки воды уходит. Еще было достигнуто уменьшение уровня саморазряда батареи при простоях. Данный вид батарей принято называть необслуживаемыми, но через полгода лучше проверять уровень дистиллированной воды, т.к. в ходе химической реакции она испаряется.

Модернизация вызвала повышение уровня стабильности батареи при нестабильности в сети автомобиля. Данный вид батареи по стабильности стоит на первом месте среди других АКБ.

Кальциевый АКБ

Устройство аккумулятора этого типа отличается тем, что сурьму заменили кальцием, что привело к еще меньшему испарению воды, которое стремится к нулю. Обозначение Са/Са на корпусе свидетельствует, что это кальциевый аккумулятор причем Са расположен в решетках как положительных так и отрицательных электродов. Если сравнить такой накопитель с сурьмянистым, то мы заметим, что саморазряд батареи с кальцием на семьдесят процентов понизился. Еще увеличилось напряжение с 12 вольт до 16.

Гелиевые АКБ

Гелиевые аккумуляторы разработали, чтобы уйти от опасности вытекания электролита, который токсичен для человека. При повреждении этого источника энергии химический состав не вытекает как в других АКБ из-за вязкой структуры электролита. Преимущества таких АКБ положение установки, их можно устанавливать под углом, но меру знать тоже нужно. Еще такие аккумуляторы лучше других выдерживают вибрацию и способны до полной разрядки выдавать большой ток. Гелиевые батареи не боятся полной разрядки и способны восстанавливаться. Такие накопители лучше ставить на исправную машину в плане стабильности бортовой электрики, такой как генератор и др.

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

Рекомендуем: Тип, габариты и другие характеристики аккумулятора 18650

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.

Для чего нужна электролитическая жидкость в аккумуляторе

Этот раствор в автомобильном аккумуляторе необходим для обеспечения его функционирования. Без него АКБ попросту не будет работать.


Чтобы понять, для чего нужен электролит, требуется знать, как вообще работает автомобильная АКБ. Внутри пластикового корпуса аккумулятора находятся 6 банок. В каждой из банок расположены по 2 пластины разной полярности:

  • анод (плюсовой электрод);
  • катод (минусовой электрод).

К пластинам подведены токоотводящие решетки, на которые нанесены вещества:

  • диоксид свинца – на аноде;
  • свинцовый порошок – на катоде.

Чтобы обеспечивался цикл заряда, разряда и отдачи электрической энергии потребителям автомобиля, необходимо, чтобы выполнялись следующие химические реакции.

На аноде:

На катоде:

Указанные реакции протекают при разрядке аккумулятора, то есть при отдаче им энергии. В случае заряда реакции протекают в противоположном направлении.

И как раз-таки в целях обеспечения их протекания и нужна электролитическая жидкость.

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.

Устройство и принцип работы АКБ

Устройство автомобильного аккумулятора

Тот, кто хоть раз держал в руках аккумулятор автомобиля, знает, как много весит это устройство. Причина в том, что корпус его плотно заполнен элементами, содержащими свинец.

Устройство аккумулятора.

Для легковых автомобилей, требующих 12-вольтных АКБ, используется стандартная схема компоновки.

  1. Шесть элементов по 2 вольта (их обычно называют банками) объединены в общий корпус.
  2. Каждый из элементов состоит из положительных и отрицательных электродов: свинцовых решеток, в которые «впечатано» активное вещество. Электроды разделены между собой сепараторами, так что не соприкасаются друг с другом.
  3. И всё это залито электролитом – смесью воды и серной кислоты.

Активное вещество на решетках отличается по составу: для анода (положительного электрода) используется диоксид свинца, для катода (это отрицательный электрод) – губчатый свинец. В обоих случаях к свинцовым компонентам добавлены вспомогательные вещества (лигатуры), улучшающие работу аккумулятора.

Принцип работы.

Принцип работы АКБ

В том виде, который описан выше, аккумулятор считается «заряженным». При подключении к выводам батареи любого устройства, требующего энергии, начинается реакция свинцовых компонентов с оксидом серы и водой. Сера и свинец вступают в реакцию и преобразуются в сульфат свинца и воду. Кислоты в электролите становится меньше, воды – больше, плотность электролита снижается и через некоторое время концентрации серы не хватает на то, чтобы реагировать со свинцовыми компонентами. Аккумулятор разряжается.

Процессы разряда и заряда АКБ

При подаче электроэнергии для зарядки АКБ происходит обратный процесс — сульфат свинца, осевший на пластинах, разлагается на оксид свинца и серную кислоту, которая выделяется обратно в электролит. Восстанавливается изначальная плотность электролита, а на пластинах остается активное вещество – батарея заряжена. Ниже представлен короткий и понятный видео-урок по устройству и принцип работы аккумуляторной батареи.