Как устроен аккумулятор автомобиля: Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

1. Все статьи
2. Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

Автомобильный аккумулятор выполняет три функции. Основанная функция АКБ – это запуск двигателя. Также, батарея питает бортовые электрические устройства – при неработающем двигателе. Вторая важная функция – возможность аварийного питания, источником которого аккумулятор выступает в случае поломки генератора. Третья функция – это достижение баланса напряжения, которое поступает от  генератора. Эта функция характерна для инжекторных двигателей.

Устройство аккумулятора автомобиля существенно не меняется уже много десятилетий. Хотя развитие технологий и появление новых материалов более высокого качества способствует более надежной конструкции и работе АКБ.

Основу работы аккумулятора составляет принцип возникновения разности потенциалов – то есть, напряжения. Оно возникает между пластинами, которые погружены в раствор электролита.

АКБ – устройство, которое, в зависимости от типа и производителя, имеет определенные  конструктивно-технологические различия. Но общий принцип – одинаков: все аккумуляторные батареи содержат электроды, разделенные сепараторами, и помещенные в пространство, заполненное электролитом.

Корпус

Корпус аккумулятора состоит из двух частей: основной глубокой емкости и закрывающей крышки. Она может быть оснащена горловинами с пробками или системой, при помощи которой стабилизируется давление внутри батареи, и отводится образующийся газ. Конструкция корпуса зависит от типа АКБ.

Сам корпус изготовлен из материала, к которому предъявляются большие требования прочности и безопасности. Он должен быть устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, переносить колебания температуры и сильную вибрацию. В большинстве современных аккумуляторов корпус сделан из полипропилена.

Внутренние отсеки

Стандартное устройство аккумуляторной батареи представляет собой контейнер, состоящий из шести секций (или, как их называют, «банок»). Каждая секция – это отдельный источник питания. Она вырабатывает порядка 2 – 2,1 В. Стандартная АКБ рассчитана на 12 В.

В каждой из ячеек находится набор (или пакет) из отдельных пластин с чередующейся полярностью. То есть, одна пластина положительная, другая отрицательная. Причем, пластины отделены друг от друга. Пластины сделаны из свинца и имеют решетчатую структуру в виде прямоугольных сот. Это облегчает нанесение них активной массы – основного рабочего реагента.

Пластины

Для увеличения прочности пластин в них добавляют сурьму. У этой технологии есть и свои недостатки: присутствие сурьмы способствует выкипанию воды из электролита. Это – основная причина, по которой практически во все типы АКБ необходимо доливать воду. Но технологии не стоят на месте. Устройство автомобильных аккумуляторов совершенствуется. Количество сурьмы в свинцовых пластинах значительно уменьшилось, благодаря чему появились малообслуживаемые и гибридные аккумуляторы.

На положительный электрод наносится двуокись свинца, на отрицательный – губчатый свинец. Внутрь заливается электролит, который является водным раствором серной кислоты.

Каждая чередующаяся пластина является электродом, имеющим противоположную полярность. Таким образом, с целью предотвращения замыкания, между каждой парой пластин располагается сепаратор. Он изготовлен из пористого пластика и не создает препятствий для циркуляции электролита внутри ячейки.

Пластин с отрицательной полярностью больше на 1 единицу, так как каждая пластина с положительным зарядом помещена между двумя отрицательными (минусовыми).

Пакет с пластинами надежно фиксируется, чтобы предотвратить смещение и деформацию. Фиксация осуществляется при помощи специального бандажа. Токовыводы пластин (плюсовые и минусовые) объединены в пары. Концентрация энергии происходит при помощи токосборников – на выводные борны аккумулятора. К ним  токоприемные клеммы.

Устройство АКБ обеспечивает максимальную надежность. Современные аккумуляторы – это качественные устройства, выступающие источниками питания даже для самых мощных автомобилей.

Виды современных аккумуляторов

Современные АКБ подразделяются на два основных вида: классические и необслуживаемые. Классические существуют уже больше ста лет и описаны выше. Необслуживаемые аккумуляторные батареи были созданы всего несколько десятилетий назад. Они эффективно работают в любом, даже перевернутом, положении. Вместо жидкого электролита в них применяется гелиевый, или адсорбированный сепараторами. Устройство автомобильного аккумулятора, который является необслуживаемым, подразумевает максимальную герметичность. Для отвода газов, которые выделяются при заряде и разряде, предусмотрен специальный клапан.

Главное различие необслуживаемых АКБ от классических – в более низких разрядных и зарядных токах.  Причина – в конструкции необслуживаемых батарей. При больших токах классическая АКБ активно выделяет газ и «закипает». У необслуживаемых и герметизированных батарей этого нет.

Google

 

Как устроен аккумулятор автомобиля и как его заряжать

Теория вождения не подразумевает просвещение в части технического оснащения автомобиля. Поэтому в этой статье мы расскажем вам о сердце авто.

Самым важнейшим элементом питания в автомобиле является аккумулятор, из которого исходит ток, который питает машину. Функций у него много, например: подача питания стартеру для запуска двигателя, либо же подача питания на неактивный двигатель. И в этой статье мы как раз обсудим устройство аккумулятора автомобиля.

На вопрос: «Сколько аккумуляторов в автомобиле ?» — ответом будет — 1. Но возможны случаи добавления дополнительной батареи.

Устройство автомобильного аккумулятора

Батарея машины состоит из 9 различных частей, объединённых одной конструкцией: основной корпус и его крышка, полюсные выводы, сама батарея аккумулятора, токоотводящие борны, разделяющие перегородки, полюсные мосты, блок электродов и сепаратор.

Основной корпус и крышка. Материал изготовления — это эбонит или же пластик, наделенный устойчивостью к кислотам. Вверху, на крышке, находятся каналы, в которые заливаются электролит и дистиллированная вода. Закрываются эти каналы с помощью определенных затычек, имеющих вентиляционные отверстия для выхода газов и паров во время активного периода использования.

Полюсные выводы. Делятся на два типа: положительные и отрицательные. Для исключения путаницы между ними, сделали специальное отличие: положительный вывод имеет больший размер относительного отрицательного. Помимо прочего, присутствует гравировка со знаком плюса и минуса для исключения ситуации перепутывания выводов.

Батарея аккумулятора состоит из 6 раздельных меньших аккумуляторов, либо же «банок». Они помещены в специальный раствор, который на 35% состоит из серной кислоты и на 65% из дистиллированной воды. Называется — электролит, и требуется для непосредственной выработке тока при взаимодействии химических элементов электролита.

Токоотводящие борны. Они прикрепляются к отрицательным и положительным полюсам выводов, для того, чтобы выводить ток наружу.

Разделяющие перегородки. Они просто служат для разграничения всех аккумуляторов, с целью ограничения их взаимодействия.

Полюсные мосты. Главная их задача заключается в герметизации соединения всех блоков аккумуляторной батареи через перегородку основания, корпуса.

Сами «банки» аккумулятора автомобиля состоят также из нескольких частей:

Блок. Он состоит из :

• положительных электродов, которые, в свою очередь, созданы из свинцовых пластин в виде решетки, они покрыты специальной массой, состоящей из диоксидов свинца, также, все электроды подсоединены к самому полюсному мосту через специальное отверстие;
• отрицательных электродов, состоящих также из свинцовых пластин в виде решетки, но они уже пропитаны специальной массой, которая состоит из мелкопористого свинца. Также, через специальное отверстие все электроды проведены к полюсному мосту.

Важное уточнение: то самое количество специального реагента, которое нанесено на решетчатые платины этих электродов (положительных и отрицательных) определяет одну из важнейших характеристик автомобильного аккумулятора — ёмкость, а величина площади этих самих пластин определяют количество пускового тока.

Сепаратор. По стандарту он является неким конвертом, который состоит либо из полиэтилена, либо мипласта, либо же мипора. Его главной задачей является отделение реагентов, которые взаимодействуют друг с другом в электрохимических процессах, еще, помимо всего прочего, он даёт возможность совершения диффузии электролита от первого электрода ко второму.

Важно: амперы аккумулятора автомобиля определяют его возможность и количество отдаваемого тока в течение часа, усредненный показатель — это 50-65 Ампер/час.

Виды аккумуляторов

Теперь стоит обсудить какие аккумуляторы для автомобиля бывают:

Стандартный

Этот вид является самым старым среди всех аналогов, встретить где-либо его в настоящее время будет затруднительно. Он прославился своим параметром саморазрядки и возможностью потери электролитов, вследствие чего будет нуждаться в постоянном контроле, но плюсом выделяют возможность восстановления при полном разряде.

Кальциевые

Этот тип батарей является одним из самых знаменитых и использующихся на данный период времени. В отличие от первого представителя, у этого уровень саморазрядки очень низок, а потери электролитов сведены практически к нулю, что позволяет забыть об обслуживании данной батареи до самого конца ее эксплуатации, контроль также не требуется. Но этот тип нельзя разряжать до нуля.

Гибридные

Следуя из названия можно понять, что это объединение двух вышеперечисленных видов. Следовательно: этот аккумулятор обладает свойствами и стандартной, и кальциевой батареи, что позволяет ему пережить полный разряд, но это не позволяет иметь ему высокие характеристики.

EFB

Эта батарея является кислотной и имеет высокую степень устойчивости к саморазрядке и быструю зарядку. Главным минусом выступает дорогая цена на рынке.

Определять, какие аккумуляторы лучше для автомобиля является личной задачей, так как это гибкое дело, какой-то тип подходит под определенную деятельность лучше другого.

Зарядка, способы, условия

Важно знать, как проверить аккумулятор автомобиля. Есть определенные параметры, по которым можно определить уровень заряда аккумулятора: 12.7 Ватт — 100%, 12.2 Ватт — 50%, 11.7 — 0%.

Теперь стоит обсудить, как заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством. Если смотреть на зарядку батареи аккумулятора со стороны качества, то рекомендуется зарядить аккумулятор автомобиля с помощью зарядного устройства, так как им можно зарядить до 100% и настраивать определенные параметры. Но этот процесс достаточно трудоёмкий и щепетильный, поэтому многие предпочитают генераторы, ввиду автоматизации всего процесса. Вид зарядки батареи влияет на то, сколько заряжать аккумулятор автомобиля, примерное время — 9 часов.

Для зарядки стоит установить значения на устройстве в районе от 14.3 до 14.6, затем подключить и ждать конца процесса.

Правильным решением будет заряжать батарею только в тёплом помещении или среде, так как на морозе электролит может частично замерзнуть, что по препятствует зарядке аккумулятора, а если электролит полностью замерзнет, то это приведет к ухудшению его ёмкости.

Если зима относительно тёплая, и температура не падает ниже -15 градусов, тогда можно просто отсоединить минусовую клемму от батареи, тем самым замедлив процесс ее саморазрядки. Если же температура уходит в сильный минус, тогда стоит разместить аккумулятор в помещении, желательно в тёмном уголку, без попадания прямых солнечных лучшей. Температура в этом месте не должна падать ниже минус 3-5 градусов, желательно выше. Влажность воздуха помещения должна быть на среднем уровне, ни в ком случае не на высоком, также рекомендуется регулярное проветривание.

Так же важно знать, как завести автомобиль, если сел аккумулятор. Выжимаем сцепление, переключившись на 3 передачу, когда вы наберете скорость примерно 15км/ч стоит медленно отпустить педаль.

Обслуживание

• Среди всех видов обслуживания аккумуляторных батарей выделяют несколько процедур:
• Проверка качества, состояния и уровня электролита батареи (как в вытянутом состоянии, так и в самом автомобиле)
• Осмотр внешней оболочки, выявление внешних повреждений
• Проверка напряжённости выводов аккумулятора автомобиля в отключённом от машины состоянии
• Проверка напряжения аккумулятора автомобиля при присоединённом и активированном состоянии

Аккумулятор автомобиля — важная часть во всём сложном механизме под названием «автомобиль». Без него не функционируют стандартные и необходимые для эксплуатации машины функции. И для того, чтобы продлить срок службы этой детали, соблюдайте требования, являющиеся обязательными к исполнению для нормальной жизнедеятельности.

Если вы запланировали обучение в автошколе, то данная статья вам будет полезна, так как основы устройства автомобиля необходимо знать каждому водителю.

Как работает аккумулятор

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.

Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

 

   Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей — электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь тяговой аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S,  узнаем, как она устроена и раскроем магию успеха этой  аккумуляторной батареи.

 

   Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ.

   Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S – блок тяговой аккумуляторной батареи.

   Блок тяговой аккумуляторной батареи находится в днище автомобиля (по сути это пол электромобиля — машины), за счёт чего Tesla Model S имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой части кузова при помощи мощных кронштейнов (см. фото ниже) или выполняет роль силовой – несущей части кузова авто.

 

 

      По данным североамериканского Агентства по защите окружающей US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряда тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи Tesla с номинальным напряжением 400В DC, ёмкостью 85 кВт·ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет преодолевать наибольшую дистанцию среди подобных электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.

 

   Секрет успеха Tesla Model S – это высокоэффективные цилиндрические литий-ионные батареи высокой энергоёмкости, поставщик базовых элементов известная японская фирма Panasonic.  Вокруг этих батарей ходит немало слухов.

                                             Один из них – это не влезай, убьёт!

   Один из владельцев и энтузиастов Tesla Model S из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S энергоёмкостью 85 кВт·ч, чтобы детально изучить её конструкцию. Кстати, её стоимость, как запчасти, в США составляет 12 000 USD.

   Сверху блок батареи размещено тепло и звука изоляционное покрытие, которое закрывается толстой полиэтиленовой плёнкой. Снимаем это покрытие, в виде ковра и готовимся к разборке. Для работы с батареей необходимо иметь изолированный инструмент и пользоваться резиновой обувью, и резиновыми защитными перчатками.

 

                                                                     

                                            Батарея Tesla. Разбираем!

    Тяговая аккумуляторная батарея Tesla (блок тяговой аккумуляторной батареи) состоит 16 батарейных модулей, каждый  номинальным напряжением 25В (исполнение батарейного блока — IP56). Шестнадцать батарейных модулей соединены последовательно в батарею с номинальным напряжением 400В. Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic (вес одного аккумулятора 46 г), которые соединены по схеме 6s74p (6 элементов последовательно и 74 таких групп параллельно). Всего в тяговой аккумуляторной батарее Tesla – 7104 таких элементов (аккумуляторов). Батарея защищена от окружающей среды посредством использования металлического корпуса с алюминиевой крышкой. На внутренней стороне общей алюминиевой крышки имеются пластиковые накладки, в виде плёнки. Общая алюминиевая крышка крепится винтами с металлическими, и резиновыми прокладками, которые герметизируются, дополнительно силиконовым герметиком.  Блок тяговой аккумуляторной батареи разделен на 14 отсеков, в каждом отсеке размещен батарейный модуль. В каждом отсеке сверху и снизу батарейных модулей размещены листы прессованной слюды. Листы слюды обеспечивают хорошую изоляцию батареи электрическую, и тепловую от корпуса электромобиля. Отдельно спереди батареи под своей крышкой размещены два таких же батарейных модуля. В каждом из 16 батарейных модулей имеется встроенный блок BMU, который соединён с общей системой BMS, которая управляет работой, следит за параметрами, а так же обеспечивает защиту всей аккумуляторной батареи. Общие выводные клеммы (терминал) находится в задней части блока тяговой батареи.

  

 

   До того, как полностью её разобрать, было замерено электрическое напряжение (оно составили около 313,8В), что говорит о том, что батарея разряжена, но находится в рабочем состоянии.

   Батарейные модули отличается высокой плотностью элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic, которые там размещены и точностью подгонки деталей. Весь процесс сборки на заводе Tesla проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов, выдерживается даже определенная температура и влажность.

   Каждый батарейный модуль  состоит из 444 элементов (аккумуляторов), которые по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками  — это литий-ионные цилиндрические аккумуляторы 18650, производства компании Panasonic. Энергоемкость каждого батарейного модуля из таких элементов составляет 5,3 кВт·ч.

   В аккумуляторах 18650 Panasonic положительный электрод — графит, а отрицательный электрод — никель, кобальт и оксид алюминия.

   Тяговая аккумуляторная батарея Tesla весит 540 кг, а её размеры равны 210 см в длину, 150 см в ширину, и 15 см в толщину. Количество энергии (5,3 кВт·ч), вырабатываемой всего одним блоком (из 16 батарейных модулей), равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от 100 портативных компьютеров. К минусу каждого элемента (аккумулятора) в качестве соединителя припаяна проволочка (внешний токовый ограничитель), который при превышении тока (или при коротком замыкании) сгорает и защищает цепь, при этом не работает только группа (из 6 аккумуляторов), в которой был этот элемент, все остальные аккумуляторы продолжают работать.

   Тяговая аккумуляторная батарея Tesla охлаждается и подогревается с помощью жидкостной системы на основе антифриза.

   При сборке своих батарей Тесла применяет элементы (аккумуляторы), произведенные компанией Panasonic в различных странах, таких, как Индия, КНР и Мексика. Финальная доработка и размещение в корпус батарейного отсека, производятся в Соединенных Штатах. Компания Tesla предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции (в том числе и  аккумуляторной батареи) на срок до 8 лет.

  На фото (сверху) элементы — аккумуляторы 18650 Panasonic (завальцовка у элементов со стороны плюса «+»).

  Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.

Благодарим за внимание!

Батареи для Tesla и накопителей электроэнергии: кто лидеры инноваций? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Если ключевой элемент традиционного автомобиля — двигатель внутреннего сгорания, то во все более популярных электромобилях это — аккумуляторная батарея: от нее зависят дальность пробега, скорость зарядки, вес и, главное, цена машины.

Если в традиционной электроэнергетике принципиальную роль играет турбина, то для развития все более популярных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) крайне важны накопители энергии: без них не решить главную проблему ветряных и солнечных электростанций — зависимость от переменчивости погоды.

Илон Маск: новое поколение аккумуляторов и Tesla за 25 000 долларов

Так что батареи и аккумуляторы — это сейчас одно из магистральных направлений технологического развития на планете. Весьма симптоматично, что американский предприниматель Илон Маск решил устроить 22 сентября специальную онлайн-презентацию под названием Tesla Battery Day, а Европейское патентное ведомство (EPO) и Международное энергетическое агентство (IEA) провели совместное исследование «Инновации в области батарей и накопителей электроэнергии». Его результаты опубликовали в тот же день.  

Электромобили Tesla на территории завода комапнии в Фримонте ждут отправки покупателям

Для главы компании Tesla аккумуляторные батареи — это ключ к массовому рынку. «У нас нет доступного автомобиля, но он у нас будет. Однако для этого мы должны снизить стоимость батарей», — заявил Илон Маск в ходе презентации, за которой в интернете следили 270 000 зрителей. Он обещал примерно через три года наладить серийное производство нового поколения аккумуляторов, которые будут существенно мощнее и долговечнее нынешних, но обойдутся в два раза дешевле.

И тогда, заверил Илон Маск, «мы сможем выпускать очень убедительный электромобиль по цене 25 тысяч долларов» (это примерно 21 000 евро). Глава Tesla объявил, что на первом этапе выпускать аккумуляторы нового поколения будут вблизи головного завода компании в калифорнийском Фримонте, для чего потребуется специальная монтажная линия. Одновременно предприниматель сообщил, что на гигафабрике Tesla в Неваде будет налажена утилизация отслуживших аккумуляторных батарей.

Кобальт от «Норникеля» может и не понадобиться

Для России особенно важно то, что батареи нового поколения планируется выпускать практически без использования редкого, а потому весьма дорогого металла кобальта. Его единственным российским производителем и экспортером является компания «Норникель» в Норильске.

Кобальтовые слитки на заводе «Норникель». Главные производители этого металла — ДР Конго и Китай

После Battery Day курс акций Tesla, стремительно взлетевший в этом году, что превратило американского производителя электромобилей в самого дорогостоящего автостроителя мира, упал. Биржевых инвесторов и спекулянтов разочаровало то, что Илон Маск говорил о среднесрочной перспективе в три года, а они, похоже, рассчитывали на анонс немедленных прорывов.

Одновременно несколько снизились котировки акций поставщиков батарей для Tesla — японской корпорации Panasonic и южнокорейской LG Chem, входящей в группу LG. Но это тоже не более чем сиюминутное недовольство биржевых игроков: средне- и долгосрочные перспективы этих компаний представляются весьма многообещающими. Об этом свидетельствует совместное исследование Европейского патентного ведомства и Международного энергетического агентства.  

Аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%

Эксперты двух организаций проанализировали зарегистрированные с 2000 по 2018 годы патенты на изобретения и разработки в сфере аккумуляторных батарей и накопителей энергии, и на основании этого весьма объективного критерия сделали целый ряд выводов.

До 2011 года разработчики сосредотачивались на совершенствовании аккумуляторов для смартфонов

Первый и главный из них: «В последние десять лет патентирование в сфере хранения электроэнергии росло существенно быстрее патентирования в других сферах». Иными словами, именно на этом направлении сосредоточены сейчас особенно крупные материальные и интеллектуальные ресурсы, именно здесь накапливаются многочисленные инновации.

Авторы исследования обнаружили, что число патентов, связанных с аккумуляторными батареями для электромобилей, еще в 2011 году превысило число патентов из области батарей для мобильной бытовой электроники (прежде всего смартфонов), и с тех пор неуклонно растет. Они также подсчитали, что особое внимание изобретателей к литий-ионным технологиям привело к тому, что с 2010 года аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%, а аккумуляторы для стационарных установок в электроэнергетике — примерно на две трети.  

Япония и Южная Корея — лидеры в области батарейных технологий

Второй ключевой вывод исследования: «Япония и Республика Корея являются лидерами в глобальном соревновании в области батарейных технологий, что заставляет другие страны пытаться добиться конкурентных преимуществ в определенных нишах вдоль цепочки создания дополнительной стоимости при производстве батарей». Если говорить более просто: догнать ушедшие в этой сфере далеко вперед две азиатские страны уже настолько трудно, что остальным приходится довольствоваться узкой специализацией в отдельных сегментах.         

Аккумуляторные батареи для электромобилей — это сложная высокотехнологичная продукция

Так, девять из десяти крупнейших обладателей патентов — компании из Азии: семь японских во главе с Panasonic и Toyota, а также южнокорейские Samsung и LG Electronics. Единственный представитель других континентов в Топ-10 — немецкий концерн Bosch, занявший пятое место.

В Топ-25 ближе к концу вошли также немецкие Daimler, BASF и Volkswagen. Всего же в этом списке шесть представителей Европы: это еще ирландская многопрофильная компания Johnson Controls и французский научно-исследовательский институт атомной и альтернативной энергетики CEA. Америка представлена автостроителями General Motors и Ford.

Разные типы аккумуляторов: NMC, NCA и LFP

Вклад Китая в глобальное развитие батарейных технологий, отмечается в исследовании, к 2018 году практически сравнялся с американским и приблизился к европейскому. Явная специфика Европы и США — значительно число патентов регистрируют малые и средние предприятия, а также вузы и государственные научно-исследовательские институты. В Азии подавляющее большинство изобретений приходится на крупные концерны.

Третий вывод исследования касается перспективных направлений инновационной деятельности. В минувшем десятилетии стремительно нарастало число патентов, связанных с литий-никель-марганец-кобальт-оксидными аккумуляторами (NMC). Теперь многообещающей альтернативой, полагают авторы исследования, становятся литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные аккумуляторы (NCA), которые, к примеру, производит Panasonic и использует Tesla.

BYD — крупнейший китайский производитель электрических легковых машин и автобусов

Однако стремление снизить долю кобальта или вовсе от него отказаться приведет к тому, что будет расти роль литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LFP), на которые тоже делает ставку Tesla, а также, к примеру, китайский автостроитель BYD, указывается в исследовании. Если в 2010 году практически вообще не было патентов, связанных с данной технологией, то в последние годы их число стало заметно нарастать.

Поэтому можно предположить, что ее разработчикам просто еще нужно пару лет. Может быть, как раз те три года, о которых Илон Маск говорил на Tesla Battery Day. 

Смотрите также:

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электростанция из аккумуляторов

  Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Большие батареи на маленьком острове

  Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Главное — хорошие насосы

  Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Место хранения — норвежские фьорды

  Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электроэнергия превращается в газ

  Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Водород в сжиженном виде

  Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  В чем тут соль?

  Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Каверна в роли подземной батарейки

  На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Крупнейший «кипятильник» Европы

  Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Накопители энергии на четырех колесах

  Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

  Автор: Андрей Гурков

 

 

Замерзают ли аккумуляторы? Как влияют климатические условия на аккумулятор?

Да, аккумуляторы замерзают.

Температура замерзания полностью заряженного аккумулятора составляет от — 50 до -70 градусов. То ест. В обычных условиях заряженные аккумуляторы не замерзают. Однако, разряженные аккумуляторы, в зависимости от уровня разрядки могут замерзать даже при температуре от до -10 градусов. На состояние зарядки аккумуляторов в частности необходимо обращать внимание при холодной погоде.

Влияние погодных условий на аккумулятор:

Да, аккумуляторы замерзают.

Температура замерзания полностью заряженного аккумулятора составляет от — 50 до -70 градусов. То ест. В обычных условиях заряженные аккумуляторы не замерзают. Однако, разряженные аккумуляторы, в зависимости от уровня разрядки могут замерзать даже при температуре от до -10 градусов. На состояние зарядки аккумуляторов в частности необходимо обращать внимание при холодной погоде.

Влияние погодных условий на аккумулятор:

1. При складировании и хранении:

Запрещается хранить аккумуляторы в закрытых помещениях. При хранении на открытом воздухе, пыль и осадки увеличивают риск саморазрядки аккумулятора. Хранить аккумуляторы следует по возможности в сухих и прохладных помещениях. Уровень разрядки аккумуляторов увеличивается или уменьшается параллельно температуре. Обычно, на каждые 10 градусов повышения температуры, потеря увеличивается в два раза. Поэтому, лучше хранить аккумуляторы при температуре 10-16 градусов, чем 25-30 градусов.

2. При работе в автомобиле:

В жаркую погоду стартовая сила аккумулятора повышается, но вместе с тем повышается и коррозия (износ). Поэтому, срок службы аккумуляторов, используемых в жарких климатических условиях, ниже. В холодных климатических условиях стартовая сила аккумулятора понижается. Вдобавок к этому, для запуска двигателя холодных условиях требуется больше энергии. Как результат, в холодных условиях стартовая сила аккумулятора приобретает значение. При очень холодной погоде имеется риск замерзания жидкости (электролита) в аккумуляторе. Полностью заряженный аккумулятор замерзает при температуре -70 градусов, а аккумулятор с низким уровнем заряда может замерзнуть даже при температуре -5 градусов. Поэтому, в холодное время очень важно, чтобы аккумулятор имел хороший уровень заряда.

Как устроен аккумулятор Тесла

Американская компания Tesla Motors некоторое время назад произвела настоящую революцию в сфере производства электромобилей. Им удалось наладить серийное производство экологически чистых транспортных средств. Причём топовые модели Tesla имели динамические характеристики, сравнимые с бензиновыми суперкарами. Электромобили объединили в себе передовые разработки инженеров компании, в числе которых была и технология создания тяговых аккумуляторных батарей. Именно об аккумуляторах для Тесла и пойдёт речь в этой статье. Мы рассмотрим, какие АКБ устанавливались и устанавливаются на американские электромобили, а также их устройство.

 

Содержание статьи

Разновидности аккумуляторных батарей на электромобилях Тесла

С момента запуска серийной сборки Model S, а затем и Model X, на эти электромобили устанавливались батареи, ёмкость которых лежала в диапазоне 40─100 кВтч. Они состояли 8, 12, 16 секций. Секция, в свою очередь, состоит из большого количества соединённых между собой литиевых элементов. Сначала использовались аккумуляторные элементы форм-фактора 18650 производства Panasonic. Позднее стали использовать аккумуляторные батареи форм-фактора 21700.

Их габариты зашифрованы в названии: диаметр 18 мм и высота (длина) 65 мм.

Требования к этим аккумуляторам в Tesla предъявляют довольно жёсткие, и компания Panasonic в качестве поставщика была выбрана не случайно. Японский производитель смог обеспечить выпуск качественных элементов, выдерживающих серьёзные нагрузки.

На изображениях ниже можно посмотреть схематическое устройство силовой части электромобиля Tesla.

Как уже было сказано, аккумуляторная батарея состоит из нескольких блоков, которые в свою очередь делятся на много отдельных аккумуляторных элементов. Это схематично показано на рисунке ниже.

Вернуться к содержанию
 

Какие виды аккумуляторов для Tesla выпускались?

• 40 кВтч. Эти тяговые АКБ были двух типов: из 8 и 12 модулей. Первые были сделаны на базе батареи для модели Тойота RAV4 EV. Аккумулятор из 12 блоков имел номинал 60 кВтч, но программно был ограничен на отметке 40 кВтч. Выпуск этих моделей был довольно быстро прекращён из-за низкого спроса на Tesla Model S 40 кВтч.
• 60 кВтч. Выпускались модификации с 12 или 16 секциями. Первые использовались на Model S40. Модификация с 16 модулями представляла собой модифицированный вариант, который выпускался с обозначением «New».
• 70/75 кВтч. Эти модели использовались на Model S60 (S60D), S70 (S70D), S75 (S75D). Для S60 использовались модификации с номиналом 60 кВтч, имеющие на 77 аккумуляторных элементов меньше, чем в моделях S70. В последних все модели были загружены целиком.
• 85/90 кВтч. Модификации номиналом 85 и 90 кВтч (и 100 также) состоят из 16 модулей. Каждый из них имеет в своём составе 444 литиевых элемента и плату управления, управляющую их зарядом, разрядом и балансировкой. Наиболее популярным аккумулятором для Tesla стал 85 кВтч, имеющий в своём составе 7104 элементом форм-фактора 18650.

Специалисты Panasonic в 2015 году усовершенствовали конструкцию анода литиевых аккумуляторных элементов, в результате чего ёмкость аккумулятора увеличилась на 6 процентов. Так появились АКБ с номиналом 90 кВтч.

Ёмкость батарей Panasonic 18650 в батарее 85 кВтч весит 46 грамм. В модели 90 кВтч масса такого элемента 48,5 грамма. Кроме того, усовершенствованный элемент увеличил токоотдачу с 10C (80) до 25C (90). Этим объясняется наличие режима Ludicrous только на электромобилях Tesla c АКБ 90 и 100 кВтч. Только с ними стало возможным наращивание динамических характеристик.

100 кВтч. Это наиболее мощная версия. Инженеры Tesla изменили внутреннюю конфигурацию аккумуляторной батареи и в каждом модуле разместили 516 элементов 18650. В результате всего в АКБ разместились 8256 штук. Запасённая энергия составила более 100 кВтч. Электромобиль на таком аккумуляторе пробегает около 500 км. Токоотдача составила 25C.

Это стало наилучшим результатом. Но специалисты на этом не остановились и исследования продолжаются. Для повышения эффективности АКБ и уменьшения издержек Tesla возвели в населённом пункте Спаркс (штат Невада) крупный аккумуляторный завод, получивший название Gigafactory 1.

По данным некоторых зарубежных изданий на фабрике Gigafactory 1 запустили сборку АКБ для электромобилей Tesla с использованием элементов форм-фактора 21700. Диаметр этих цилиндрических аккумуляторов 21 мм, а длина 70 мм.

Их сначала применяли в батареях Tesla Powerpack и Powerwall, а затем в новом Model 3. Этот седан уступает по размерам Model S. Сообщается, что энергоэффективность 21700 выше 18650 на 10─15 процентов. При этом объём запасаемой энергии выше на 46 процентов.

Предприятие Gigafactory выпускает литий-ионные аккумуляторные батареи на основе сотрудничества Tesla Motors и Panasonic. Японская компания уже длительное время работает с американским производителем электромобилей и вложили в их предприятие Solar Roof миллиард долларов. Около двух лет назад появлялись сообщения о том, что фабрика Gigafactory вышла на ежегодный объём производства аккумуляторных батарей 30─35 ГВтч в год.

На вышеупомянутом предприятии работает больше 6 тысяч человек и планируется значительное расширение штата. Строительство завода обошлось в сумму около 5 млрд долларов США.
Вернуться к содержанию
 

Что внутри?

Поскольку электромобиль Tesla является весьма дорогим транспортным средством, не каждый владелец может позволить себе распотрошить на камеру его аккумуляторную батарею. Кстати, стоимость аккумулятора составляет 40─50 тысяч $. Но такие энтузиасты нашлись. Несколько лет назад на просторах англоязычного интернета появились фотографии разбора модели 85 кВтч.

Аккумуляторная батарея находится в дне кузова и крепится к нему за кронштейны. Благодаря большой массе АКБ обеспечивается низкий центр тяжести и хорошая управляемость моделей Tesla.

Внутри можно обнаружить 16 модулей, соединённых параллельно. От попадания влаги и просто внешнего воздействия сделана защита в виде пластин из металла и пластиковых вставок. На фото можно видеть, как измеряют напряжение.

Сами аккумуляторы находятся близко друг к другу в специальных ячейках. Укладка осуществляется в автоматическом режиме промышленным роботом.

В модулях аккумуляторные элементы также подразделяются на группы по 74 элемента. Их работой управляют электронные платы, которые с натяжкой можно назвать аналогом BMS плат для аккумуляторов ноутбуков. Всего в АКБ 85 кВтч 7104 литий-ионных аккумуляторных элементов. Предусмотрена жидкостная система охлаждения.

Номинальное напряжение одного элемента составляет 3,6 вольта. При производстве отрицательного электрода используется никель, кобальт, оксид алюминия (LiNiCoAlO₂ в процентном отношении никеля ─ 80, кобальта ─ 15, алюминия ─ 5 процентов), а для изготовления положительного электрода применяется графит. Производство самих Panasonic 18650 выполняется в различных странах, среди которых Китай, Индия и др. Однако финальная проверка и сборка выполняется на предприятии Tesla в США.

Общий вес аккумуляторной батареи 85 кВтч составляет 540 кг. Габариты представлены ниже.

• Длина 2,1 м.
• Ширина 1,5 м.
• Толщина 0,15 м.

Компания осуществляет гарантийное обслуживание батарей своего производства в течение восьми лет.

Позднее в общем доступе появились изображения разобранной АКБ, сделанные Джейсоном Хьюзом, одним из владельцев Tesla. На этот раз аккумуляторная батарея заявленная мощность была 100 кВтч.

Как удалось выяснить Хьюзу, реальная ёмкость батареи составила 102,4 кВтч. Чтобы выяснить реальные характеристики этой модели, он получил доступ в систему управлении питанием электромобиля. Он хотел проверить утверждения представителей Tesla о том, что батарея претерпела серьёзную модернизацию. В частности, сообщалось об обновлении архитектуры, системы охлаждения и электронной начинке.

Хьюзу удалось выяснить, что теперь в одном модуле АКБ находится 516 элементов, а суммарное количество составляет 8256 штук. По сравнению с предшествующими моделями 85/90 кВтч увеличение составило около 16 процентов. В модуль, по его словам, добавили несколько рядов для элементов. Контуры охлаждения стали более тонкими и короткими (в модуле два). В результате хладагент забирает тепло от меньшего количества элементов.

Новые аккумуляторы сохранили совместимость с различными модификациями Tesla Model X и Model S. Кроме того, по словам представителей компании, новые решения, реализованные в батарее, позволили им выпустить Model 3. Хьюз показал, что конструкция подключения охлаждающей системы, а также разъёма кабелей высокого и низкого напряжения осталась прежней. Как видно на фотографиях, коннекторы можно без проблем заменить.

Вернуться к содержанию
 

Направление развития

Новые электромобили Tesla Model 3 имеют запас хода более 300 км. Информация о развитии будущих аккумуляторных батарей для Тесла в основном непроверенная. Были сообщения, что при сборке будут использовать литиевые элементы стандарта 21700 (диаметр 21 мм, длина 70 мм). Стоимость этих батарей будет немногим более 110$ за 1 кВт. По сравнению с альтернативными решениями это довольно дёшево. В модуль будут входить 4 базовых элемента с охлаждающим контуром, а вокруг них будут располагаться литиевые элементы 21700.

Химический состав: LiNiCoAlO₂ (литий-никель-кобальт-оксид алюминия c 80% никеля, 15% кобальта, 5% алюминия). Представители Tesla называют такой состав главным преимуществом их АКБ по сравнению с другими решениями. В частности, по их утверждению, на Model 3 устанавливаются батареи с наивысшей плотностью энергии из всех возможных.

Это было достигнуто благодаря существенному снижению содержания кобальта в катодной химии и увеличении объёма никеля. Им удалось сохранить отличные показатели температурной стабильности. По непроверенной информации, содержание никеля, марганца и кобальта в катоде будет в соотношении 8:1:1.

Специалисты фирмы Benchmark Mineral Intelligence вообще считают, что усовершенствованная технология производства аккумуляторных батарей для электромобилей Tesla может серьёзно ударить по кобальтовой промышленности. Это уже привело к серьёзному сокращению использования кобальта для производства аккумуляторов. В среднем со времени выхода на рынок Model S первого поколения компания Тесла сумела сократить потребление кобальта на один электромобиль в среднем на 59%. Если Model S требовала для производства 11 кг кобальта, то современный экземпляр Model 3 требует лишь 4,5 кг.

Сведения об этом содержались в отчёте компания Тесла за I квартал 2018 года. Илон Маск и технический директор Tesla Дж. Б. Страубель не раз заявляли, что направляют большие усилия для сокращения потребления кобальта. Это необходимо, чтобы сократить суммарные затраты на 1 кВт-ч при производстве батарей. Ведь кобальт является одним из наиболее дорогостоящих компонентов, используемых в производстве аккумуляторов для электромобилей Тесла. Как показывают данные OilPrice, его стоимость превышает 90 тысяч долларов за тонну.

В то же время, конкурирующие с Tesla компании из Японии, Германии, США, Южной Кореи пока отстают по технологии производства аккумуляторных батарей. За счёт них ещё некоторое время поставщики кобальта будут сохранять объёмы сбыта и компенсируют потери закупок со стороны Тесла.

Вернуться к содержанию
 

Зарядка и деградация аккумуляторов

Что касается деградации аккумуляторных батарей, то последние модели Тесла демонстрируют потерю ёмкости на 10% после пробега 160 тысяч миль (чуть менее 260 тыс. км). Как показывают исследования, большинство аккумуляторов теряют 5% своей ёмкости за первые 80 тыс. км. После этого ёмкость выравнивается и деградация существенно замедляется.

Одно из ключевых требований к АКБ электромобилей заключается в том, чтобы они могли заряжаться быстро. Особенно это чувствительно, если вы находитесь в пути. Бытовая электросеть переменного тока 240 вольт способна заржать аккумуляторы с помощью ЗУ мощностью 10 кВт. В электромобиле имеется схема, выпрямляющая переменный ток. Благодаря схеме он превращается в постоянный ток. Подобный вариант для полного заряда требует несколько часов и подходит, если электромобиль стоит у вас дома или в гараже ночью.

Чтобы решить проблему зарядки в пути, Tesla установили зарядные станции постоянного тока Supercharger по всему миру. Они обеспечивают мощность до 135 кВт. DC заряжает аккумулятор в обход схемы зарядки. В результате на заряд батареи уходит 20─40 минут.

Когда речь идёт о зарядке аккумуляторов электромобилей, в целом, и Тесла, в частности, то следует сказать об ограничениях литий-ионных элементов. К примеру, максимальное зарядное напряжение для Panasonic 18650 равно 4,5 вольта. Производитель установил допустимый ток на один элемент величиной в 2 ампера. Инженеры Тесла увеличили его до 4 А. С таким током зарядки могут эксплуатироваться новые элементы 21700. Они будут основой аккумуляторов для Tesla Model 3.

Из-за этих ограничений возникает верхний предел мощности зарядного устройства, которое можно использовать для зарядки аккумуляторов. Максимальная мощность вычисляется по формуле 4,2 * N * I. Здесь N означает число элементов в блоке, а I — это максимально разрешённый ток на один элемент. Для используемых в Tesla аккумуляторах значения получаются следующие.

• 85/90 кВтч. Мощность = 7104 х 16,8 (4,2*4) = 119,3 кВт.
• 100 кВтч. Мощность 8256 Х 16,8 = 138,7 кВт.

Дальнейшее увеличение мощности зарядки возможно лишь при наращивании зарядного тока. Но это ускорит деградацию литиевых элементов. Гарантию компания Tesla обеспечивает от отказа и поломок, но не от деградации. Но работа элементов обеспечивается таким образом, что деградация идёт всего лишь на 1─2% в год.

Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к статье, а также ваши отзывы об аккумуляторах Tesla, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию

Battery 101: как работает автомобильный аккумулятор?

Вашему автомобилю, как и пульту дистанционного управления от телевизора или красивой электрической зубной щетке, для работы необходим аккумулятор. Когда он умирает, ваша машина не заводится, и вы либо застрянете, либо застрянете дома. Вы знаете, что автомобильный аккумулятор важен, но действительно ли вы понимаете, как он питает ваш двигатель, фары и радио? Мы разберем сложность батареи и объясним, как работают автомобильные батареи! Если знания — это сила, вы будете в отличной форме.

Что такое аккумулятор?

Прежде чем углубляться в детали автомобильных аккумуляторов, давайте посмотрим, как аккумуляторы в целом работают. По словам сотрудников НАСА, аккумулятор — это «устройство, преобразующее химическую энергию в электричество». Батареи состоят из ячеек. Эти клетки и содержат настоящую энергию. Они накапливают химическую энергию и по команде преобразуют ее в электрическую. Это то, что питает ваши устройства, от пульта телевизора до электрической зубной щетки.

Как работают автомобильные аккумуляторы?

Большинство автомобильных аккумуляторов основываются на свинцово-кислотной химической реакции, которая заставляет вещи двигаться и обрабатывать канавки. Эти аккумуляторы относятся к категории «SLI». SLI означает «запуск, освещение и зажигание». Этот тип батареи обеспечивает короткие всплески энергии для питания ваших фонарей, аксессуаров и двигателя. Как только аккумулятор пробуждает двигатель к жизни, питание для автомобиля подается от генератора.Большинство автомобилей поставляются с заводской стандартной батареей SLI. Узнайте больше о других типах автомобильных аккумуляторов.

Как работают автомобильные аккумуляторы

1. Типичная батарея SLI состоит из шести ячеек. Каждая ячейка имеет две пластины или решетки: одна сделана из свинца, другая — из диоксида свинца. Каждая ячейка способна производить около 2 вольт энергии. В большинстве автомобильных аккумуляторов есть шесть ячеек и, следовательно, 12-вольтовая батарея.
2. Пластины погружены в серную кислоту, которая вызывает реакцию между двумя пластинами.С научной точки зрения кислота действует как катализатор.
3. Эта кислота вызовет реакцию на пластине диоксида свинца, в результате чего пластина будет производить два вещества: ионы и сульфат свинца.
4. Ионы, производимые пластиной из диоксида свинца, реагируют с соседней пластиной с образованием водорода и сульфата свинца.
5. Результат — химическая реакция, в которой образуются электроны. Электроны бегают по пластинам и вырабатывают электричество. Электричество выходит из клемм аккумулятора, чтобы запустить двигатель, включить фары и включить радио.
6. Эта химическая реакция полностью обратима, поэтому вы можете быстро запустить аккумулятор и продолжать заряжать его на протяжении всего срока службы. При подаче тока на батарею с правильным напряжением на пластинах образуются свинец и диоксид свинца, и вы можете повторно использовать батарею снова и снова!

Нужен ли мне новый автомобильный аккумулятор?

Вы могли бы! Несмотря на то, что свинцово-кислотные батареи чрезвычайно надежны, несмотря на перепады температуры, движение и стесненные условия под вашим капотом, типичный аккумулятор прослужит всего около трех-пяти лет.Воспользуйтесь нашим виртуальным тестером аккумулятора и посмотрите, сколько заряда осталось в аккумуляторе вашего автомобиля. Или зайдите в ближайший к вам сервисный центр Firestone Complete Auto Care, чтобы быстро и бесплатно проверить аккумулятор. Мы обеспечим бесперебойную работу вашего автомобиля и дольше с помощью простого профилактического осмотра.

Как работает автомобильный аккумулятор и как он устроен?

Традиционная функция аккумулятора в моторном отсеке хорошо известна: без аккумулятора автомобиль не может быть запущен.Помимо стартера, для свечей зажигания, свечей накаливания, освещения и электронного оборудования требуется электрическая энергия. Но как устроен аккумулятор и как он работает?

Свинцово-кислотные батареи: компоненты и конструкция

Многие водители осознают большой вес автомобильных аккумуляторов, когда покупают новые. Возможен вес от 10,5 кг до 30 кг. Причина этого — свинцовые пластины в аккумуляторных элементах.

Компоненты и устройство аккумуляторной батареи

Положительный электрод:

• Положительная пластина: в свинцово-кислотной батарее положительно заряженная пластина (активный материал) состоит из оксида свинца (PbO ₂ ), который погружен в электролит.
• Положительная сетка: Положительная сетка состоит из свинцового сплава и используется для удержания активного материала и в качестве токосъемника.

Отрицательный электрод:

• Отрицательная пластина: отрицательно заряженная пластина (активный материал) состоит из чистого свинца (Pb), который также погружен в электролит.
• Отрицательная пластина: Как и положительная пластина, она также состоит из свинцового сплава и служит той же цели.

Электроды с разным зарядом разделены мешком-сепаратором.

Электролит представляет собой смесь серной кислоты (H ₂ SO ₄ ) и дистиллированной воды. Этот электролит может быть в жидкой форме (как в обычных мокрых батареях или в усовершенствованной технологии EFB), в форме геля или в стеклянном мате (как в технологии AGM для новых приложений start-stop).

Несколько положительных электродов образуют набор положительных пластин, а несколько отрицательных электродов образуют набор отрицательных пластин. Вместе набор отрицательных и положительных пластин образуют блок пластин.Пластинчатый блок — это аккумуляторный элемент.

Обычная стартерная батарея состоит из 6 последовательно соединенных ячеек, каждая с номинальным напряжением 2 В, что дает напряжение ровно 12,72 В, когда аккумулятор полностью заряжен. Емкость и способность батареи к холодному запуску зависят от количества пластин на элемент.

Практическое правило: Чем больше пластин содержит элемент и, следовательно, формирует большую поверхность, тем большую мощность холодного пуска (CCA) может обеспечить аккумулятор.Однако, если пространство в ячейке используется для меньшего количества пластин большей толщины, стабильность цикла увеличивается. Это означает, что аккумулятор рассчитан на более высокую производительность заряда (непрерывный процесс зарядки и разрядки).

Ячейки заключены в корпус из кислотостойкого пластика (полипропилена). В обычной батарее SLI он закрыт крышкой с лабиринтной системой, которая предотвращает утечку жидкости из батареи и отделяет жидкость от газа.

Ранние батареи имели резьбовые пробки, которые позволяли доливать в них дистиллированную воду.Современные аккумуляторы полностью не требуют обслуживания. Воду не нужно и нельзя доливать. Хотя батареи AGM все еще имеют «односторонние вилки», их нельзя открывать ни при каких обстоятельствах.

Функция автомобильного аккумулятора: химическая энергия превращается в электрическую

Автомобильный аккумулятор хранит энергию в химической форме и преобразует ее в электрическую. В этом электрохимическом процессе четыре материала реагируют друг с другом:

• Водород (H)
• Кислород (O ₂ )
• Свинец (Pb)
• Сера (S)

Подключение внешнего потребителя запускает химическую реакцию в аккумуляторе:

• Электролит, смесь серной кислоты (H ₂ SO ₄ ) и дистиллированной воды разлагается на положительно заряженные ионы водорода (H ⁺ ) и отрицательно заряженные сульфат-ионы (SO ₄ ^2-) .
• В то же время электроны (2e ^— ) перемещаются от отрицательного электрода к положительному через внешнего потребителя.
• Чтобы компенсировать этот поток электронов, сульфат-ионы перемещаются из электролита в отрицательный электрод, где они реагируют со свинцом (Pb) с образованием сульфата свинца (PbSO ₄ ).
• Сульфат свинца также образуется в положительном электроде: связь кислорода (O ₂ ) с оксидом свинца (PbO ₂ ) нарушается переносом электронов, и кислород переходит в электролит.Оставшийся свинец (Pb) связывается с сульфатом (SO ₄ ) из электролита.
• Здесь кислород связывается с водородом с образованием воды (H ₂ O). По мере того, как серная кислота расходуется на образование сульфата свинца, концентрация раствора электролита снижается. Когда концентрация серной кислоты падает ниже определенного уровня, аккумулятор необходимо перезарядить.
• Во время зарядки химические процессы происходят в обратной последовательности. В конце можно найти оригинальные элементы: положительный электрод состоит из сульфата свинца (PbSO ₄ ), отрицательный электрод состоит из чистого свинца (Pb), а электролит состоит из разбавленной серной кислоты (H ₂ SO _{). 4} ).Поскольку этот процесс преобразования связан с потерями, аккумулятор может выдержать только ограниченное количество циклов зарядки. Поэтому срок его полезного использования ограничен.
Проблемы со свинцово-кислотными аккумуляторами: сульфатирование и наслоение кислоты

Если аккумулятор заряжается при слишком низком напряжении или если он всегда работает при слишком низком напряжении (ниже 80%), происходит расслоение кислоты, также называемое расслоением. Кислота в электролите расслаивается из-за плохого перемешивания.Различная плотность вызывает наслоение серной кислоты на дне и воды в верхней части батареи. По этой причине только среднюю часть электролита, то есть только треть, можно использовать для процесса разрядки и зарядки.

Возможная причина образования кислотных отложений — это в основном короткие поездки с одновременным использованием большого количества потребителей электроэнергии. В этом случае генератор не успевает зарядить аккумулятор.

Результатом кислотного наслоения является сульфатирование.Если это происходит в аккумуляторе или если он не заряжается постоянно до необходимого уровня, сульфат свинца (PbSO ₄ ) кристаллизуется на электродах, образуя со временем более крупные кристаллические структуры. Этот процесс известен как «сульфатирование». Кристаллизация предотвращает повторное преобразование сульфата свинца в исходные компоненты свинца или оксида свинца, что приводит к предотвращению приема заряда и снижению мощности холодного запуска.

Острые кристаллы также могут повредить сепараторы или вызвать короткое замыкание в элементах.

Чтобы противодействовать этому эффекту и предотвратить преждевременный выход батареи из строя, никогда не следует подвергать батарею низкому уровню заряда в течение длительного периода времени. Для этого рекомендуется регулярно проверять аккумулятор и при необходимости полностью заряжать.

Хотите узнать больше по этой теме? Как правильно зарядить аккумулятор.

Новые аккумуляторные технологии: AGM и литий-ионные

До сих пор обычные свинцово-кислотные батареи занимали большую долю рынка.Тем не менее, рынок быстро меняется: инновационные аккумуляторные технологии для автомобилей со старт-стопом, такие как AGM, используют кислоту, которая связана в коврике, чтобы обеспечить большую стабильность цикла и гарантировать надежную работу в транспортных средствах с повышенным энергопотреблением. Еще одно преимущество AGM: кислотное расслоение больше невозможно из-за связанной кислоты.
Новое поколение автомобильных аккумуляторов для микрогибридных транспортных средств работает от напряжения 48 В и использует элементы с литий-ионной технологией.

Как батареи заводят ваш автомобиль | Как работают батареи

Когда вы вставляете ключ в замок зажигания автомобиля и поворачиваете переключатель или нажимаете кнопку в положение «ВКЛ», на аккумулятор автомобиля отправляется сигнал.Получив этот сигнал, автомобильный аккумулятор преобразует химическую энергию в электрическую. Эта электрическая мощность подается на стартер для запуска двигателя. Аккумулятор также обеспечивает питание автомобильных фар и других аксессуаров.

Напряжение аккумулятора

Напряжение — это величина электрического потенциала, который удерживает ваша батарея. Стандартный автомобильный аккумулятор в современных автомобилях — это аккумулятор на 12 В. Каждая батарея имеет шесть ячеек, каждая на 2,1 В при полной зарядке.Автомобильный аккумулятор считается полностью заряженным при напряжении 12,6 В или выше.

Когда напряжение аккумулятора падает, даже небольшое, это сильно влияет на его производительность. В таблице слева показано, сколько энергии остается в батарее при изменении показаний напряжения батареи.

Несмотря на то, что автомобильный аккумулятор заряжен не полностью, он считается заряженным от 12,4 В или выше. Он считается разряженным при напряжении 12,39 вольт или меньше.

Примечание: полностью заряженный удельный вес 1.265 с поправкой на 80 ° F.

Химическая реакция

Электрическая энергия в батарее вырабатывается в результате химической реакции. В случае свинцово-кислотной батареи смесь серной кислоты и воды, известная как электролит, вступает в реакцию с активным материалом внутри батареи.

Напряжение аккумулятора во многом зависит от концентрации серной кислоты. Чтобы получить напряжение 12,6 В или выше, массовая доля серной кислоты должна составлять не менее 35 процентов.

По мере разряда батареи реакция между серной кислотой и активным материалом приводит к образованию другого соединения, и концентрация серной кислоты снижается. Со временем это вызывает падение напряжения аккумулятора.

Мощность проворачивания

Автомобильным двигателям для запуска требуется мощность проворачивания. Необходимая мощность зависит от многих факторов, таких как тип двигателя, объем двигателя и температура. Обычно при понижении температуры для запуска двигателя требуется больше мощности.Ток холодного пуска (CCA) — это номинал, который измеряет мощность пуска батареи. Это относится к количеству ампер, которое 12-вольтовая батарея может выдавать при 0 ° F в течение 30 секунд, поддерживая напряжение не менее 7,2 вольт. Например, 12-вольтовая батарея с рейтингом 600 CCA означает, что при 0 ° F батарея будет обеспечивать 600 ампер в течение 30 секунд без падения напряжения ниже 7,2 вольт.

Как работает автомобильный аккумулятор?

Аккумулятор является важным требованием для работы большинства электрических и электронных устройств, и автомобильная система не является исключением.Понимание химии того, как работает автомобильный аккумулятор — совсем другое дело.

Почти каждый знает что-то об автомобильном аккумуляторе, например, как его снимают, заряжают или хранят. Но сколько людей знают, как работает автомобильный аккумулятор? Думаю, очень мало. Что ж, вы собираетесь получить отличное представление о том, как работает автомобильный аккумулятор?

Как работает автомобильный аккумулятор

Когда зажигание автомобиля включается, внутри аккумулятора начинается последовательность реакций, в результате которых возникает электричество.Чтобы поддерживать эту последовательность, устройство, называемое генератором переменного тока, продолжает генерировать электроны, а также сохранять те, которые может.

Создает генерирующую часть с помощью ремня, который передает энергию аккумулятору. Боюсь, без этой последовательности реакций ваша машина не заведется.

Давайте покажем, как это работает изнутри

Стандартная батарея содержит 12 сеток на шести элементах батареи SLI, что означает две сетки на ячейку.Одна из решеток состоит из свинца как единого элемента, а вторая — из оксида свинца. В общей сложности батарея излучает мощность 12 вольт, при этом каждая ячейка излучает два вольта.

Обе аккумуляторные решетки погружаются в раствор серной кислоты, который активирует реакцию между ними. Но как работает батарея , заключается в том, что раствор кислоты катализирует реакцию выброса, в результате которой образуются ионы и сульфат свинца.

Ионы, образующиеся в результате первой реакции, реагируют со второй сеткой с выделением водорода и сульфата свинца.

Электроны, образующиеся в результате этих реакций, производят необходимое электричество, питающее автомобиль. Этот поток электронов вокруг ячеек активирует клеммы аккумулятора, который передает его всему автомобилю через кабели. Теперь вы можете включить машину и стерео.

Существует вероятность реверсирования, если генератор не работает для зарядки аккумулятора. Чтобы избежать разряда аккумулятора, убедитесь, что он заряжается во время работы автомобиля.

Автомобильный аккумулятор не только излучает электроны, которые производят энергию, но также обеспечивает единообразную подачу электричества для поддержания работоспособности автомобиля. Он также может хранить заряды для будущего использования.

Структура автомобильного аккумулятора

Автомобильный аккумулятор не похож на элементы, используемые в небольших электронных устройствах, таких как фен. У него есть шесть других малых ячеек, которые соединены последовательно. Это соединение заставляет энергию от каждой ячейки складываться, создавая 12 вольт.

На каждую ячейку поступает 12 вольт (по два вольта), хотя при правильном расчете это 12,6 вольт. Принцип излучения энергии остается прежним. Однако некоторые модели батарей могут отличаться по излучаемому напряжению.

Как работает автомобильный аккумулятор внутри?

Обычный метод работы батарей, когда они соединены с электрической цепью, — это испускание электронов. Проще говоря, электрон имеет отрицательный заряд (единственная отрицательная часть атома), и он играет важнейшую роль в обеспечении энергии.

При работе аккумулятора следует учитывать важные моменты. Во-первых, ячейка содержит два вывода, а именно катод (положительный) и анод (отрицательный). И эти клеммы глубоко погружаются в раствор серной кислоты, реагируя с анодом с испусканием электронов.

После этого катод отправляет эти электроны обратно в раствор для поддержания химического баланса. Этот перенос электрона представляет собой совершенно новую реакцию между катодом и кислотой, которая отличается от первой реакции.Если батарея разряжена, значит, одна из этих реакций была неполной.

Химические реакции в батарее

В типичном свинцово-кислотном элементе есть положительные и отрицательные клеммы. Положительный вывод — это оксид свинца (катод), а свинцовый элемент (анод) — отрицательный вывод. Катализатор, известный как кислотный раствор, представляет собой серную кислоту (h3SO4), которая образует сульфат свинца на клеммах при использовании аккумулятора.

Формула химической реакции

• PbO2 + 4H + + SO2- + 2e- -> PbSO2 + 2h3O
• Pb + SO2- -> PbSO4 + 2e-

В приведенном выше наборе реакций первая реакция поглощает электроны, в то время как реакция два испускает электроны.А электроны могут быть полезны только через клеммы, которые подключаются к проводам аккумулятора.

Как заряжается автомобильный аккумулятор?

Пользователям необходимо своевременно заряжать автомобильный аккумулятор, чтобы он не разрядился, поэтому необходим надежный метод зарядки. Без этого, когда аккумулятор обеспечивает энергию, необходимую для работы автомобиля, он обязательно умрет.

В обычном современном автомобиле генератор заряжает аккумулятор во время его использования. Но в старых моделях автомобилей функции зарядки выполняет динамо-машина.Оба зависят от системы с ременным приводом от двигателя, который вращает ротор в кабелях генератора.

Ротор получает электроны за счет намагничивания мелких частиц, когда медный углерод царапает железное зажимное кольцо на балке. Вращение электромагнита внутри катушки статора — это то, что производит внутри них электричество.

Поток электронов, производящий электричество, является переменным. Это означает, что он течет вперед и назад, в зависимости от направления ротора.Но для большей эффективности его нужно выпрямить, чтобы получить постоянный ток.

Динамо-машина работает с постоянным током, но не так эффективна, как частота вращения двигателя. Но одно можно сказать наверняка: он тяжелее генератора переменного тока.

Когда он не заряжается должным образом, приборная панель становится яркой, указывая на предупреждающий знак. Это происходит чаще всего, когда двигатель останавливается.

Как автомобильный аккумулятор накапливает энергию

Быстрый поток электронов от клемм попадает в двигатель автомобиля, в результате чего генератор начинает подавать электроны.Цинк-медно-солевой аккумулятор Volta не меняет реакцию электронов так быстро, как свинцово-свинцовый оксид-h3SO4 в Plante.

Избыточное количество генерируемых электронов переходит в раствор, который отдает его терминалам для производства электроэнергии. Эти серии возвратно-поступательных реакций использовались с течением времени, и можно сказать, что они являются надежным источником энергии для автомобилей. Он настолько эффективен, что не было необходимости в лучшем методе.

Тем не менее, старайтесь защитить окружающую среду, всегда утилизируя старые батареи.

Как автомобильный аккумулятор регулирует ток?

Генератор вырабатывает переменный ток, который преобразуется в постоянный (выпрямленный) диодами, которые пропускают поток электронов в одном направлении. Регулятор внутри генератора обеспечивает стабильную подачу напряжения. Оба устройства находятся внутри или снаружи генератора переменного тока.

Заключение

Если вы были с нами внимательно, то, должно быть, наконец поняли, как работает автомобильный аккумулятор? Батарея — это объект химических реакций, который помогает вырабатывать электричество, используемое в автомобиле.Он не только активирует и перерабатывает электроны, но и у клетки есть механизм, который обеспечивает ее перезарядку.

Как работает автомобильный аккумулятор?

02 окт. Как работает автомобильный аккумулятор?

Отправлено в 00:00 в блогах по Шубхам

Автомобильные аккумуляторы отвечают за питание всего автомобиля. Если аккумулятор не работает, то и остальная часть автомобиля тоже. Так как же получается, что одна маленькая батарея обеспечивает достаточно энергии, чтобы запустить целую машину и поддерживать ее в рабочем состоянии?

Автомобильные аккумуляторы работают на химической и электрической энергии.К внешней стороне батареи подключена электрическая цепь, которая заряжает батарею и позволяет электронам течь. В батарее также есть химические вещества, которые вступают в химические реакции друг с другом и с электронами. Электроны действуют как субатомная частица, которая активирует аккумулятор, позволяя ему приводить в действие двигатель автомобиля.

Если вам всегда было интересно, как работает автомобильный аккумулятор, эта статья для вас. Продолжайте читать, чтобы узнать все, что вам нужно знать о том, как работает автомобильный аккумулятор.

Как работает автомобильный аккумулятор

Внутри батареи есть три компонента, а именно два соединителя, известные как анод и катод, а затем химический раствор, в котором находятся соединители. Электрический заряд извне батареи заряжает ее и активирует химическую реакцию внутри батареи.

Химическая энергия преобразуется в электрическую; таким образом, аккумулятор заряжается.

Анод — это положительно заряженный электрод внутри батареи, который позволяет электронам перемещаться за пределы батареи, а катод — это противоположный отрицательно заряженный электрод, через который электроны снова входят.

Каждая химическая реакция между химическим раствором в батарее, анодом и катодом позволяет происходить движению электронов. Электроды участвуют в химических реакциях, происходящих между раствором и разъемами.

Физика работы автомобильного аккумулятора

С точки зрения физики, батарея состоит из трех основных типов компонентов:

• Сепаратор
• Электролит
• Два электрода

Два электрода конкретно называются анодом и катодом, и оба состоят из проводящих материалов, которые позволяют электрическому току проходить через них.Два электрода выполняют разные функции в батарее.

Катод присоединяется к положительному полюсу батареи. Положительный конец — это также место, где ток выходит из батареи. Это происходит, когда внутри него разряжается энергия или когда используется энергия от батареи.

Пока батарея разряжается, электрический ток поступает в батарею на противоположном конце, отрицательном конце. Эта сторона называется анодом.

Не следует путать электрический ток с электронами, главным образом потому, что они более подробно рассматриваются в следующих подзаголовках.Когда электрический ток проходит через анод, электроны выходят через него. Следовательно, они движутся в противоположных направлениях.

Между электродами внутри батареи, а также внутри них (поскольку оба электрода являются губками, которые также впитывают смесь электролита) находится электролит.

Эти частицы, также известные как ионы, объединяются и вступают в реакцию с материалом, из которого сделан каждый из электродов, в результате чего происходит химическая реакция. Химическая реакция позволяет батарее генерировать электрический ток, питающий все, что к ней подключено.

Аккумулятор получает электрический заряд от автомобильного генератора. Генератор переменного тока представляет собой компонент, состоящий из магнитной катушки и стержня внутри двигателя автомобиля, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Электроэнергия вырабатывается через аккумулятор, давая ему заряд. Затем аккумулятор может, в свою очередь, питать электрические компоненты двигателя автомобиля, в первую очередь стартер, без которого невозможно запустить автомобиль.

Химия работы автомобильного аккумулятора

Чтобы понять химический состав автомобильного аккумулятора, мы должны сначала понять химические вещества, присутствующие в каждом из компонентов аккумулятора.Все химические вещества, обнаруженные внутри батареи, содержат некоторую комбинацию водорода, кислорода, серы и свинца.

• Химический раствор — Серная кислота в виде h3SO4 (представляет собой соединение водорода, серы и кислорода)
• Катод — диоксид свинца с химической аннотацией PbO2 (соединение свинца и кислорода)
• Анод — Свинец, обозначенный химической аннотацией Pb

Аккумулятор накапливает энергию в химической форме и преобразует химическую энергию в электрическую.Реакция компенсируется внешним подключением электрического кабеля, который передает электрический заряд через батарею.

Катод, губка, состоящая из диоксида свинца и химического раствора серной кислоты внутри батареи, в которой находятся два разъема, взаимодействуют вместе с образованием сульфата свинца

Вот уравнение, показывающее, как это происходит:

Что мы видим из этой формулы, если разложить ее на простые термины, так это то, что когда электроны от электрического заряда, проходящего через клемму батареи, взаимодействуют с диоксидом свинца катода и серной кислотой химического раствора, сульфат свинца и тяжелая вода являются побочными продуктами.

Со стороны анода свинец в аноде реагирует с серной кислотой в химическом уравнении. Взаимодействие двух химических веществ создает сульфид свинца и электроны.

Электроны играют важную роль в химической реакции, происходящей на катодной стороне; однако электроны не могут пройти через химическую формулу к катоду. Вместо этого они должны пройти через внешнюю электрическую цепь и вернуться в катод.

Уравнение дает эту химическую реакцию:

Эти две химические реакции протекают по замкнутому кругу, одна питает другую и наоборот, питая аккумулятор и позволяя ему заряжать двигатель автомобиля.

Как долго работает автомобильный аккумулятор?

Средний срок службы аккумулятора автомобиля — три года. Однако на этот период влияет множество факторов, которые также необходимо учитывать.

Поскольку большая часть работы батареи связана с химическими агентами внутри нее, факторы окружающей среды, которые обычно влияют на эти химические агенты, также являются факторами окружающей среды, которые могут повлиять на батарею. Прекрасный пример этого — температура.

В холодную погоду машину нужно завести и дать немного поработать, чтобы холод не перегрузил аккумулятор. Такая нагрузка на аккумулятор может ослабить аккумулятор и сократить срок его службы, чем предполагалось изначально. И потенциально может привести к поломке вашего автомобиля на обочине дороги.

С другой стороны, тепло имеет тенденцию значительно снижать производительность и запас заряда батареи. Жаркая погода может вызвать испарение жидкости внутри батареи, а также вызвать дополнительные внутренние повреждения.

Как только тепло ослабит аккумулятор, он более уязвим для разрушения при низких температурах, потому что он не имеет сопротивления, чтобы справиться с резкими перепадами температуры.

Еще одна вещь, которая может убить аккумулятор вашего автомобиля, — это оставить его бездействующим на долгое время. Это приведет к тому, что аккумулятор полностью разрядится до следующего запуска автомобиля. Чтобы решить эту проблему, вам необходимо перезарядить разряженный аккумулятор, вынув аккумулятор и зарядив его, а затем заменив его на месте перед повторным запуском автомобиля.

Как работает зарядка автомобильного аккумулятора?

Как упоминалось выше, во время движения автомобиля аккумулятор заряжается с помощью другого компонента двигателя, который называется генератором переменного тока, который преобразует механическую энергию в электрическую, которая поступает через аккумулятор. Поэтому обычно аккумулятор специально заряжать не нужно.

Аккумулятор сам по себе разряжает электрическую энергию в остальную часть автомобиля, поэтому ему нужен источник электричества, чтобы поддерживать напряжение на определенном уровне, чтобы автомобиль продолжал работать.

Напряжение батареи — это количество электроэнергии, производимой батареей. Большинство автомобильных аккумуляторов работают при напряжении 12. Но в большинстве автомобилей аккумулятор должен иметь напряжение выше 10,5 В, чтобы он мог питать двигатель автомобиля.

У батареи есть так называемая зарезервированная емкость. Зарезервированная емкость определяет, как долго батарея может разряжаться со скоростью около 25 ампер в случае неисправности соединения между генератором переменного тока и батареей из-за разрыва браслета.

Это показатель того, как долго аккумулятор может работать, если он не может постоянно получать новый заряд от генератора во время движения автомобиля. Однако, как только напряжение упадет ниже отметки 10,5, аккумулятор необходимо перезарядить.

Таким образом, в ситуации, когда аккумулятор не получает заряд от генератора переменного тока, из-за проблемы в соединении между двумя частями необходимо использовать внешний источник для зарядки аккумулятора. Это неустойчиво: одно без другого не работает очень долго.

Необходимо заменить генератор и осмотреть весь двигатель, чтобы убедиться, что проблема не является более серьезной. Если проблема заключается в ремне, который соединяет две части, инженер может заменить ремень и исправить соединение.

Кроме того, аккумулятор можно заряжать одним из двух способов. Вы можете подключить два кабеля напрямую к аккумулятору, так называемые «соединительные кабели», чтобы подключить аккумулятор, или вы можете отсоединить аккумулятор от автомобиля и подключить его к зарядному устройству.

Если вы хотите прыгнуть или зарядить аккумулятор, вы должны сначала выключить все фонари и компоненты, обычно подключенные к аккумулятору, и провести на нем некоторое обслуживание.Сначала отсоедините отрицательный кабель или заземляющий кабель. Это всегда черный кабель, если только он не менялся годами.

Даже если кабель был заменен, вы можете идентифицировать его как кабель с маркировкой отрицательного заряда. Затем удалите кабель с пометкой для положительного заряда.

Если какая-либо аккумуляторная кислота вылилась наружу аккумуляторной батареи, очистите клемму щеткой для очистки клемм и смесью воды и пищевой соды для нейтрализации кислоты.

Используйте средства защиты глаз, носа и рта.Если аккумулятор имеет съемные крышки, осторожно подденьте их, чтобы проверить уровень воды. Если уровень воды низкий, доливайте дистиллированную воду только до полной отметки. Обратите внимание, что это требуется не для всех батарей, поэтому, если крышки нет, пропустите этот шаг.

Чтобы запрыгнуть в машину, соединительные кабели подключатся к разряженной батарее и к исправной, которая будет использоваться для зарядки. Подсоедините положительный кабель, красный цвет, к обеим батареям, начиная с разряженной, а затем к положительной стороне батареи.Затем в том же порядке подключите черный провод (отрицательный заряд). Начните с самого низкого уровня заряда и постепенно увеличивайте его до максимального уровня.

Точно так же, если вы планируете зарядить аккумулятор, выньте его из машины и поместите в прочное и безопасное место. Подключите зарядное устройство сначала к красному проводу, затем к черному.

Начните с минимальной скорости зарядки и продолжайте работать до идеальной. Если вам нужна помощь, проверьте стоимость быстрого старта и обратитесь к профессионалу, который поможет вам зарядить автомобиль в их магазине, если вы боитесь ошибок.Включите зарядное устройство и установите таймер на полную зарядку.

Если вы хотите узнать больше о функциях автомобильного аккумулятора, ознакомьтесь с этой статьей!

Заключение

В заключение, автомобильные аккумуляторы получают электрическую энергию, преобразуют ее в химическую энергию, а затем обратно в электрическую энергию, используемую для запуска стартера автомобиля и других электрических компонентов. Если вам нужна дополнительная помощь с автомобильным аккумулятором, поищите «мобильного механика рядом со мной», который поможет вам.

Кроме того, если вы когда-нибудь окажетесь в ситуации, когда не знаете, как зарядить разряженный аккумулятор вашего автомобиля, и вам понадобится дополнительная помощь, Mach 1 всегда готов помочь!

Источники

batteryworld.varta-automotive.com

www.manbat.co.uk.

www.cars.com.

www.science.org.au

Physics.aps.org

Physics.stackexchange.com

https://www.youtube.com/watch?v=–DIXM2_OB4

www.livescience.com

ресурс-центр.meineke.com

Как работает автомобильный аккумулятор?

Автомобильные аккумуляторы используются чуть более века, бесшумно работая под капотом или в багажнике автомобилей по всему миру. Обычно мы не уделяем много внимания автомобильному аккумулятору, если что-то не перестает работать, но как вообще работает автомобильный аккумулятор?

Автомобильный аккумулятор — это устройство для хранения энергии, основанное на научных открытиях, сделанных в конце 1700-х годов, кульминацией которых стало создание Алессандро Вольта первого настоящего аккумулятора в 1800 году.Батарея Вольта состояла из разнородных металлических пластин, разделенных листами ткани, пропитанными рассолом, раствором электролита. Вольта не мог полностью объяснить, как это доставило небольшой электрический заряд, но другие опирались на его работу, постоянно улучшая технологию.

Внешний вид автомобильного аккумулятора представляет собой тяжелую пластиковую коробку с парой клемм, которые подключаются к автомобилю. Интереснее дела обстоят внутри, где шесть секционированных ячеек. В каждой ячейке металлические пластины перемежаются изоляционными листами и погружаются в кислоту.Каждая другая пластина соединяется внутри ячейки параллельно, последовательно с другими ячейками. Каждая ячейка генерирует 2,1 В, соединенные последовательно, всего 12,6 В.

Как работает автомобильный аккумулятор для передачи энергии?

Что именно делает это устройство для подачи энергии на стартер, радио или фары? Секрет в том, как металлы реагируют на кислоту. Свинцовые пластины (Pb) и пластины из оксида свинца (PbO ₂ ) погружают в серную кислоту (H ₂ SO ₄ ).Обе пластины реагируют с электролитом с образованием сульфата свинца (PbSO ₄ ), воды (H ₂ O) и дополнительных электронов, которые собираются на отрицательной клемме аккумулятора.

Pb + PbO ₂ + H ₂ SO ₄ → PbSO ₄ + H ₂ O + 2e ^—

В отключенном состоянии химическая реакция не может продолжаться, потому что электронам некуда идти. Подключенный автомобильный аккумулятор очень быстро обеспечивает много энергии. Даже при отрицательных температурах — серная кислота не замерзает — автомобильный аккумулятор 600 CCA может обеспечить мощность, достаточную для запуска двигателя V8.

Как автомобильный аккумулятор накапливает энергию?

Батареи Volta и более поздние модели, по крайней мере, до середины 1800-х годов, имели серьезный недостаток — они могли доставлять энергию только до тех пор, пока металлы не были полностью корродированы, после чего их нужно было выбросить или восстановить, как AAA и AA. батарейки (действительно, элементы), питающие ваш фонарик. Первая свинцово-кислотная батарея, изобретенная Гастоном Планте в 1859 году, все изменила.

Как только этот быстрый всплеск энергии запускает двигатель, генератор начинает подавать электроны обратно в батарею.В отличие от цинк-медно-рассольной батареи Volta, свинцово-свинцово-оксидно-серно-кислотная батарея Planté легко обращает химическую реакцию вспять. Дополнительные электроны вытесняются из пластин, рекомбинируя сульфат свинца и воду в свинец и серную кислоту, готовые поставлять электричество по запросу.

Автомобильной аккумуляторной батарее может быть век, но она настолько надежна, экономична и проста в переработке, что пока не найдено подходящей замены. Не забывайте утилизировать старый автомобильный аккумулятор, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды и сделать новые автомобильные аккумуляторы.

Проверьте все автомобильные аккумуляторы, доступные на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта. Для получения дополнительной информации о том, как работает автомобильный аккумулятор, поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Фото любезно предоставлено Pixabay.

Как работает автомобильный аккумулятор?

Каждый автомобиль оснащен батареями SLI, обеспечивающими питание для запуска, освещения и зажигания двигателя. Аккумулятор обеспечивает питание в ситуациях перегрузки, когда генератор не обеспечивает достаточной мощности для автономной работы всех электрических устройств.

Например, когда ваш двигатель работает на холостом ходу со всеми включенными лампами, работает кондиционер, работает вентилятор охлаждения двигателя, радио и т. Д. Итак, как работает автомобильный аккумулятор и что он делает?

Аккумулятор обеспечивает питание таких устройств, как бортовые компьютеры, когда ваш автомобиль припаркован с выключенным двигателем. Батарейные приложения многочисленны; однако мы делаем упор на аккумуляторы, которые используются в наших транспортных средствах. Батареи запускают наши автомобили, обеспечивают питание фонарей и многочисленных электрических систем в наших автомобилях.

Что такое автомобильный аккумулятор?

Почти все батареи, включая автомобильные, преобразуют электрическую энергию генератора в химическую энергию внутри батареи. Химическая энергия аккумулятора также может быть преобразована в электрическую, чтобы обеспечить питание электрических компонентов вашего автомобиля, включая стартер, когда пришло время запустить двигатель.

Каждая батарея состоит из элементов, хранящих химическую энергию. Каждая ячейка состоит из трех компонентов из химически активного материала, двух свинцовых пластин и электролита.

Посмотрите это видео от Donut Media, в котором подробно описывается автомобильный аккумулятор:


Как работают автомобильные аккумуляторы? (Шаг за шагом)

• Стандартный автомобильный аккумулятор состоит из шести ячеек, каждая из которых вырабатывает 2 вольта энергии.
• Каждая ячейка имеет две пластины, одну из свинца, а другую из диоксида свинца.
• Серная кислота окружает обе эти пластины, так называемый раствор электролита.
• Кислота заставляет пластину из диоксида свинца производить ионы и сульфат свинца.
• Ионы реагируют со свинцовой пластиной, образуя водород и сульфат свинца.
• Это химическая реакция, при которой образуются электроны.
• Электроны генерируют электричество, которое используется для запуска вашего двигателя.
• При перезарядке аккумулятора на пластинах образуются свинец и диоксид свинца, что позволяет повторять цикл.

Из каких компонентов состоит аккумулятор?

Основными компонентами стандартного автомобильного аккумулятора являются положительные и отрицательные клеммы аккумулятора, свинцовая пластина, пластина из диоксида свинца и серная кислота между пластинами.

Клеммы аккумулятора

Каждая батарея имеет положительные и отрицательные электроды. Они отмечены знаком плюса и минуса. Заземляющий провод подключается к отрицательной клемме, а положительный красный кабель — к положительной клемме.

Положительная пластина аккумуляторной батареи

Положительная пластина аккумуляторной батареи сделана из свинца и соединяется с положительной клеммой на внешней стороне аккумулятора.

Отрицательная пластина аккумулятора

Отрицательная пластина аккумулятора также сделана из свинца и подключается к отрицательной клемме на внешней стороне аккумулятора.

Разделитель батарей

Пластиковый разделитель разделяет две пластины. Этот сепаратор изготовлен из проницаемого синтетического материала, чтобы две пластины не касались друг друга.

Пластиковый чемодан с крышкой

Вся батарея помещена в пластиковый корпус или контейнер. Многие батареи герметичны и не требуют обслуживания, в то время как у некоторых есть съемная крышка для каждой ячейки, чтобы добавить воды в батарею.

Аккумуляторная кислота

Кислота в батарее представляет собой комбинацию серной кислоты и воды, которая покрывает обе свинцовые пластины и обеспечивает среду для переноса ионов и электронов между пластинами.

Ремень для ремня

Литой ремешок соединяет свинцовые пластины каждой ячейки с одинаковой полярностью, создавая последовательное соединение через батарею для каждой полярности.

Основы химии аккумуляторов

Энергия генерируется в виде электронов, протекающих между двумя материалами, отрицательным и положительным, через электролит, обычно состоящий из серной кислоты и воды.

Обычно в типичном автомобильном аккумуляторе шесть ячеек, соединенных последовательно, чтобы получить в сумме 12 вольт.Зарядка аккумулятора меняет процесс и накапливает энергию.

Пусковой ток

Ампер холодного пуска измеряет способность батареи отдавать энергию при заданной температуре. Как правило, это количество ампер-часов, обеспечиваемое при нулевой температуре по Фаренгейту в течение 30 секунд при поддержании уровней напряжения выше 7,2 вольт. Более высокое число ампер указывает на большую пусковую мощность, особенно при более низких температурах.

Безопасность и предупреждения

Большинство современных батарей теперь герметично закрыты, что позволяет избежать случайного проливания кислоты во время транспортировки батареи.

Поскольку батареи содержат свинец и кислоту, они должны быть переработаны на специальных предприятиях по переработке батарей, чтобы избежать загрязнения окружающей среды. Кроме того, избегайте короткого замыкания положительных и отрицательных клемм при работе с аккумулятором, чтобы избежать поражения электрическим током и повреждения вашего автомобиля.

Размер группы батарей

Размер группы батарей — это стандарт, используемый в автомобильной промышленности для определения размера батареи, полярности и расположения клемм. Такой подход помогает производителям аккумуляторов и производителям автомобилей управлять расходами при проектировании транспортных средств.Авторемонтные мастерские используют эти размеры группы аккумуляторов, чтобы выбрать правильный сменный аккумулятор.

Напряжение АКБ

Электрические системы автомобилей стандартизированы около 12 вольт. Каждая батарея обычно состоит из шести ячеек, каждая из которых вырабатывает в сумме 2 или 12 вольт. Все электрические компоненты в вашем автомобиле разработаны в соответствии со стандартом 12-вольтовых батарей, включая автомобильные аксессуары, которые добавляют многие водители.

Различные типы автомобильных аккумуляторов

Технология автомобильных аккумуляторов развивается с множеством улучшений, которые увеличивают их жизненный цикл, уровень мощности и безопасность.Различные типы свинцово-кислотных аккумуляторов производятся с использованием герметичных технологий для улучшения технического обслуживания и безопасности.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотные аккумуляторы — это стандартные аккумуляторы, используемые большинством производителей автомобилей. Они классифицируются как батареи с жидкими элементами и герметичны и не требуют обслуживания.

Они обеспечивают мощность для запуска вашего двигателя и изготовлены с учетом большинства температурных требований. Будьте осторожны, потому что свинец Pb чрезвычайно токсичен и может вызвать серьезные неврологические расстройства.

Абсорбирующий стеклянный мат (AGM)

Батареи из абсорбирующего стекломата или батареи AGM имеют между свинцовыми пластинами стеклянный мат для удержания электролита. Обычные батареи позволяют жидкости свободно плавать между пластинами.

Optima Спирально-ячейка

Вместо плоских пластин каждая ячейка состоит из двух свинцовых пластин, покрытых оксидом свинца, намотанных друг на друга по спирали. Они утверждают, что обеспечивают большую мощность, чем традиционные плоские батареи.

Сетка силовая

Технология решетки Power-frame доступна уже около 15 лет и состоит из штампованной решетки вместо сплошной свинцовой пластины.Производители заявляют о снижении коррозии и увеличении производительности.

Литий-ионный

Литий-ионные батареи используются в основном для питания электромобилей. Замену свинцово-кислотной батареи на литиево-кислотную следует обсудить с вашим дилером, чтобы обеспечить соблюдение всех спецификаций для вашего генератора переменного тока и электрических систем.

Аккумулятор Совет: узнайте, как безопасно отсоединить автомобильный аккумулятор.

F.A.Q автомобильных аккумуляторов

У потребителей есть следующие наиболее часто задаваемые вопросы относительно аккумуляторов для их автомобилей, внедорожников и грузовиков.Всегда заменяйте аккумулятор на модель и размер группы, рекомендованные для вашего автомобиля. В этих часто задаваемых вопросах также есть несколько советов по батареям:

Каковы общие проблемы свинцово-кислотных аккумуляторов?

Постоянная перезарядка и недозаряд аккумулятора со временем может привести к накоплению сульфата свинца pbso, а также к недостаточной мощности, особенно в случае недостаточной зарядки. Герметичные батареи не требуют добавления воды.

Тем не менее, вентилируемые батареи время от времени нуждаются в доливке воды.Недостаток воды может привести к непоправимому повреждению пластин, а слишком большое количество воды может привести к растворению кислоты, снижению мощности и выходу из строя батареи.

Можно ли заряжать автомобильные аккумуляторы?

Авто аккумуляторы можно заряжать. Если ваш автомобиль не используется в течение длительного времени, электрическая система постепенно разряжает аккумулятор. Чтобы полностью зарядить аккумулятор без перезарядки, необходимо подключить капельное зарядное устройство.

Доступны зарядные устройства капельного типа, которые рассчитаны на то, чтобы оставаться подключенными в течение нескольких месяцев, не повредив аккумулятор.Возможно, вам понадобится замена, когда загорится индикатор батареи.

Накапливает ли автомобильный аккумулятор энергию?

Автомобильные аккумуляторы хранят энергию в виде химической энергии, которая может быть преобразована в электрическую при необходимости. Электролит между двумя свинцовыми пластинами в батарее облегчает перенос электронов между положительной и отрицательной клеммами.

Обычно имеется шесть ячеек, каждая из которых производит два вольта. Батарейные элементы также оцениваются по количеству ампер, которое они могут выдать при 0F в течение 30 секунд.

Что регулирует ток автомобильного аккумулятора?

Автомобильные аккумуляторы рассчитаны на постоянный ток 12 вольт. Количество потребляемого тока ограничено нагрузкой и сопротивлением устройств, подключенных к батарее, а также емкостью самой батареи.

Батареи рассчитаны на непрерывную подачу заданного значения тока при нулевом градусе Фаренгейта в течение 30 секунд.

Завершение

Автомобильные аккумуляторы должны служить пять или более лет при стандартном использовании.Новые аккумуляторы для современных автомобилей обычно герметичны и не требуют обслуживания. Тестирование батареи может потребоваться для подтверждения правильной работы всех ячеек в батарее, особенно по мере старения батареи.

Аккумуляторы могут сильно разряжаться электрической системой транспортного средства, даже если израсходуется резервная емкость аккумулятора, если они не заряжаются системой зарядки. Подключите подходящее постоянное зарядное устройство, если ваш автомобиль не будет эксплуатироваться в течение длительного времени, чтобы поддерживать заряд аккумулятора до того, как аккумулятор разрядится.