С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Устройство и работа аккумуляторной батареи автомобиля


Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

Приветствую вас друзья на сайте по ремонту автомобилей своими руками. Аккумулятор уже давно стал частью нашей жизни и ключевым элементом большинства механизмов, устройств и агрегатов.

Устройство аккумулятора

Не исключением являются и автомобили, которые без аккумулятора сложно, а иногда и вовсе невозможно завести. Вот почему каждый автолюбитель должен представлять себе устройство аккумулятора, его принцип действия и основные параметры.

Назначение аккумуляторной батареии

Применительно к автомобилям АКБ — устройство, которое накапливает энергию и отдает ее различным потребителям при остановленном двигателе.

Главное назначение аккумулятора — питание всех видов нагрузки (фар, магнитолы, печки), а также стартера автомобиля, необходимого для пуска мотора. АКБ незаменим в том случае, когда не работает генератор. Как проверить диодный мост генератора читайте в этой статье.

Но это еще не все. Аккумулятор дополняет генератор, когда последний не в состоянии справиться с нагрузкой. Такое возможно в плотном транспортном потоке, когда вырабатываемой энергии генератора недостаточно для питания основных устройств.

АКБ спасает и при выходе основного источника питания из строя. Конечно, далеко на нем не уедешь, но до станции технического обслуживания вполне добраться возможно.

В свою очередь, генератор выступает в роли зарядного устройства для аккумулятора. Во время движения АКБ может не только принимать заряд, но и отдавать его.

Принцип действия аккумулятора

Сегодня есть множество разных АКБ, которые отличаются конструкцией и принципом действия. Так, к наиболее популярным устройствам можно отнести:

Щелочные железо-никелевые;

свинцово-кислотные;

серебряно-цинковые;

никель-кадмиевые.

Из перечисленных выше наибольшую популярность получили аккумуляторы со свинцово-кислотными «внутренностями». На втором месте по популярности — аккумуляторы с никелем и железом внутри. Что касается серебряно-цинковых устройств, то они почти не применяются. Причина — высокая стоимость и небольшой срок службы.

Работа АКБ основана на ключевом принципе — преобразовании одного вида энергии в другой:

1. В процессе зарядки — электрический вид энергии преобразуется в химическую.

2. Когда происходит разряд — химический вид энергии становится энергией электрической.

Работает АКБ циклично по принципу регулярного заряда и разряда. В момент подключения нагрузки начинается процесс разряда.

При этом положительные электроды (диоксид свинца) и отрицательные (свинец губчатого типа) вступают в химическую реакцию с жидкостью внутри аккумулятора (электролитом). В итоге получается два вещества — обычная вода и сульфат свинца. В этот момент происходит падение плотности электролита.

Заряжаться АКБ может двумя способами — от генератора и от внешнего зарядного устройства. Принцип зарядки прост. При подаче внешнего напряжения и протекании тока сульфат свинца в комплексе с водой превращается в свинец, серную кислоту и основной элемент — двуокись свинца.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Важный момент — напряжения заряда батареи. При завышенном показателе есть риск разложения жидкости и «выжигания» электролита. Заниженное напряжение, наоборот, может стать причиной неполной зарядки. Как следствие, время службы источника питания уменьшается.

Работа АКБ во многом зависит от условий работы (уровня температуры), Если последняя растет, то повышается и отдаваемая мощность. Одновременно с этим начинается коррозия электродов и саморазряд. Если же температура падает, то разрядная емкость снижается, химические процессы замедляются, уменьшается плотность жидкости внутри АКБ.

Даже при отсутствии подключенных к АКБ приемников процесс разряда не останавливается (устройство переходит в режим саморазряда). Величина последнего зависит от нескольких факторов — конструктивной особенности источника питания, окружающего воздуха и прочих аспектов.

Общий срок службы АКБ — 3-5 лет. Но здесь все зависит от целой группы факторов — режима эксплуатации, качества аккумулятора, особенностей его хранения и так далее. В свою очередь, производители постоянно работают над улучшением качества своего товара и повышением срока его службы.

Из наиболее полезных изменений можно выделить:

  • Применение двух АКБ одновременно (одна — для пуска, а вторая — для питания потребителей);
  • установка системы управления, обеспечивающей контроль потребителей;
  • конструктивная оптимизация. В частности, последнее время активно внедряются такие технологии, как EFB, AGM и прочие.

Щелочные аккумуляторы

Устройство щелочного аккумулятора может различаться в зависимости от типа:

1. Никель-железные — устройства, имеющие прямоугольную форму. В качестве материала для изготовления крышки и дна используется сталь. На внешней части корпуса находится определенный слой никеля (отсюда и название).

Во внутренней части располжены блоки отрицательных и положительных пластиков. «Минусовых» пластин больше на одну штуку. Это делается специально, чтобы «окружить» с двух сторон «плюсовые» пластины.

Щелочной аккумулятор

Конструктивно описанные выше пластины имею одинаковый вид — они изготовлены из стальных ламелей, на которые нанесен слой никеля. Внутрь данных ламелей впрессовывается активная масса.

Ламели связаны между собой, закреплены ребрами (к последним приваривается контактная пластина), объединяются в замок и фиксируются с двух сторон ребер. К последним надежно приварена пластина со специальным отверстием под шпильку.

Блоки пластин которые состоят из положительных и отрицательных, не только не соприкасаются друг с другом, но и со стенками корпуса. В роли изолирующего вещества выступает листовый эбонит.

У каждого блока есть по паре выходов, которые находятся на внешней части АКБ, Для более простой идентификации на крышке указывается полярность (как правило, только «плюс»).

Электролит в АКБ может заливаться через специальную горловину, на которой установлена крышка со специальным клапаном для выпуска лишних газов.

2. Никель-кадмиевые АКБ по своему устройству почти полностью повторяют описанных выше собратьев. В частности, месторасположение электродов, а также объем активного материала не отличается.

Если рассматривать источник питания в собранном виде, то по краям находятся положительные пластины. Между «плюсовыми» и «минусовыми» пластинами установлены сепараторы.

Блок готовится отдельно, а после вставляется в аккумулятор. На верхней части крышки есть специальные отверстия для заливки электролита.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Одним из наиболее популярных, надежных и простых в обслуживании является свинцово-кислотный аккумулятор. Он состоит из нескольких ячеек и группы электродов, которые находятся в одной смеси (электролите).

Электроды представляют собой специальные решетки, изготовленные из свинца, но имеющие разные активные элементы. В «плюсовых» решетках используется диоксид свинца, а в «минусовых» — чистый свинец.

Особенность таких аккумуляторов — устойчивость к морозам, минимальная скорость саморазряда, способность выдерживать большой цикл заряда-разряда, надежность и так далее.

В последнее время устройство свинцово-кислотного аккумулятора и прочих видов источников питания мало интересует автолюбителей. Причина — появление в продаже необслуживаемых АКБ, которые много проще в обслуживании.

Их преимущества — надежность, доступность по цене, отсутствие необходимости обслуживания. Минус — небольшой срок эксплуатации (3-5 лет). Удачи на дорогах и конечно же без поломок.

(2 голос, средний: 3,00 out of 5) Loading...

remontavtovaz.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.

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.

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.

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

Устройство аккумулятора автомобиля: принцип работы, состав и виды

Аккумулятор очень важен для работы любого транспортного средства, и до сегодняшнего дня не было изобретено никакого альтернативного варианта. Водитель просто обязан знать устройство аккумулятора автомобиля и его состав. АКБ отвечает за запуск двигателя, за питание основного электрического оборудования в период, когда машина не запущена, а также поддерживает работу генераторного устройства при нагрузках.

Виды аккумуляторных батарей

Первый тип — это свинцово-кислотный аккумулятор, был разработан еще в XX столетии. Строение батареи практически не менялось, но некоторые работы по ее усовершенствованию и оптимизации проводились.

Второй тип — это литий-ионный — на рынке подобных товаров существует не так давно, около 20 лет. За это время устройство успело стать популярным и востребованным среди потребителей.

Третий тип — безламельный железоникелевый аккумулятор, на сегодня не используется по причине высокой цены.

Качественные современные аккумуляторы обладают следующими способностями:

  • Вырабатывают большие токи.
  • Обладают компактными размерами.
  • Не требуют особого ухода.
  • В эксплуатационный период практически не разряжаются.

Устройство аккумулятора

Корпус АКБ объединяет в себе шесть аккумуляторов, каждый из них чередует отрицательные и положительные электроды, покрытые активной массой и имеющие решетчатую структуру. За счет наличия пластмассового сепаратора обеспечивается изоляция пластин разной полярности. Для изготовления корпуса устройства берется пропилен, который не проводит ток и устойчив к воздействию кислоты.

Для выгона электродов применяется свинцово-кальциевый сплав, за счет этого получилось добиться низкого уровня саморазряда — при правильной эксплуатации устройства батарея потеряет только половину емкости за полтора года. Помимо этого, современные АКБ расходуют воду в минимальном количестве -1 г/Ач. С целью улучшения уровня устойчивости электродов к процессу появления коррозии сплав может быть разбавлен частицами олова или серебра.

Отметим, что активная масса отрицательных электродов включает в свой состав губчатый свинец, а основная часть положительных электродов — это диоксид свинца.

Электроды находятся в растворе, состоящем из серной кислоты, называется он электролитом. Эта жидкость имеет уровень плотности, по которому можно определить заряд АКБ — низкий показатель плотности может свидетельствовать о плохом заряде.

Читайте также:  Прогнозы и перспективы криптовалюты Stellar str

Принцип функционирования

Разобравшись в строении аккумулятора автомобиля, намного проще понять принцип работы аккумулятора в автомобиле. В современной свинцово-кислотной батарее происходят процессы, которые объясняются такими реакциями. Разряд описывается реакцией справа налево, а заряд, наоборот, слева направо.

  1. Анод (представляет положительный электрод): PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e− -> PbSO4 + 2h3O
  2. Катод (представляет отрицательный электрод): Pb + SO42- − 2e− ->PbSO4

Разряд устройства аккумулятора автомобиля начинается при включении электротока, в таком случае губчатый свинец (имеющийся в составе отрицательных электродов) и диоксид свинца (составляющий положительные электроды) вступают в реакцию с электролитом. Результатом такого процесса является выделение воды и сульфата свинца. Плотность жидкости (электролита), заполняющей аккумулятор, снижается в зависимости от разрядки батареи.

В период зарядки АКБ сульфат свинца и вода превращаются в PbO2, Pb, h3SO4. Показатель плотности аккумуляторной жидкости увеличивается, вместе с чем и растет уровень заряда автомобильной батареи.

При полном заряде показатель доходит до 1,29 гр/см3 (приблизительное число). В любом случае полного растворения сульфата свинца достичь не получится, по этой причине происходит процесс сульфатации пластин аккумулятора.

Заряд и разряд АКБ

Устройство автомобильного аккумулятора позволяет заряжаться батарее не только от сети, но и во время поездки при правильной работе генератора. В целом работа АКБ зависит от температуры воздуха: высокая температура обеспечивает увеличение мощности и токоотдачи, но в таких условиях увеличивается расход воды и ускоряется процесс саморазряда.

Читайте также:  Как правильно выбрать смеситель для кухни: виды конструкций

При минусовой температуре химические процессы внутри устройства аккумуляторной батареи автомобиля замедляются, уровень пускового тока падает и снижается уровень разрядной емкости. В условиях сильного мороза и при недостаточной зарядке АКБ электролит может замерзнуть, соответственно, запустить двигатель не получится.

Период саморазряда зависит не только от того, как устроен АКБ, на этот показатель влияет еще и температура воздуха, и наличие различных добавок в жидкости. Срок эксплуатации аккумуляторной батареи составляет около 5 лет при правильных условиях использования.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

sovety.guru

Автомобильный аккумулятор (АКБ). Общее устройство аккумулятора

_____________________________________________________________________________________________________________________

Неотъемлемой частью каждого автомобиля является аккумуляторная батарея, которая предназначена для питания электрических цепей управления и сервиса бортовой сети, когда двигатель автомобиля не работает. Но самое главное,- приводить в действие стартер, во время заводки авто. Аккумуляторная батарея включается в буфер с автомобильным генератором и во время движения, или просто работы двигателя, является нагрузкой для генератора. Но как только вся совокупная электрическая нагрузка превысит мощность выдаваемую генератором, в действие «вступает» аккумулятор и поддерживает напряжение бортовой сети на уровне 12 вольт.

Обычно для автомобилей применяются кислотно-свинцовые аккумуляторы, которые имеют напряжение 12 вольт и различаются только по емкости заряда. Автомобильный аккумулятор должен обладать несколькими важными параметрами.

  1. Иметь малое внутренне падение напряжения
  2. Иметь небольшой саморазряд во время эксплуатации
  3. Иметь способность выдавать большие токи
  4. Иметь небольшие габариты и минимальное обслуживание.

Всем этим параметрам и соответствует кислотно-свинцовый аккумулятор, об устройстве которого поговорим ниже.

Устройство аккумулятора автомобиля

Аккумулятор, с номинальным напряжением в 12 вольт состоит из (обычно 6) независимых друг от друга аккумуляторов (банок) меньшего напряжения (2 вольта), собранных в одном корпусе и соединенных последовательно между собой.

  1. Банка аккумулятора представляет собой набор разно полюсных пластин, которые изолированы друг от друга кислотоупорными сепараторами.
  2. Корпус аккумулятора изготавливается из кислотоупорных пластмасс или эбонита. В корпусе имеется отсеки для установки банок аккумулятора.
  3. Полюсная пластина изготавливается из свинца и имеет вид решетки, в ячейки решетки впрессовывается специальный состав (активное вещество) пористой структуры, для увеличения площади соприкосновения с электролитом. Активное вещество изготавливается из свинцового порошка, с добавлением серной кислоты. В отрицательные пластины добавляется еще сернокислый барий. Во время формирования аккумулятора пластины заряжаются, и активное вещество в плюсовых пластинах превращается в диоксид свинца, а в отрицательных – в губчатый свинец.
  4. Электролит заливается в банки аккумулятора и служит для движения заряженных частиц от полюса к полюсу. Изготавливается из серной кислоты и очищенной воды (дистиллированной).

Принцип работы аккумуляторной батареи

Физика процесса работы аккумулятора очень проста, при подключении нагрузки, в аккумуляторе начинается движение заряженных частиц, что приводит к появлению тока. В условиях заряда от генератора или зарядного устройства, напряжение заряда превышает номинальное значение напряжения аккумулятора, и движение частиц происходит в обратном направлении.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ: _____________________________________________________________________________________________________________________

autoustroistvo.ru


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости