ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора | Полезные статьи

Понравилось видео? Подписывайтесь на наш канал!

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

 

Устройство автомобильного аккумулятора

 

Автомобильный аккумулятор состоит из следующих элементов:

 

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

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

 

Под крышкой аккумулятора размещаются:

 

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

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

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

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

 

Банки же в свою очередь состоят из следующих частей: 

 

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

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

 

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

 

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

Принцип работы аккумуляторной батареи

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

 

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

 

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

 

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

 

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

Литиевый аккумулятор для автомобиля — Мобильные Электросистемы

Преимущества литиевых аккумуляторов хорошо известны. При равной номинальной емкости литиевая батарея весит в три раза меньше свинцово-кислотной и занимает в два раза меньше места. Заряжаемый током  0,5С литиевый АКБ выдерживает в 20 раз больше циклов чем  свинцово-кислотный, поэтому с учетом срока службы он на сегодня самый дешевый и выгодный.

Характеристики литиевых аккумуляторов делают их идеальными источниками автономного питания на автомобилях с дополнительным бортовым оборудованием и на тех транспортных средствах где свободного места для установки массивной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи недостаточно.

Содержание статьи

Количество циклов литиевого АКБ

Срок службы аккумулятора измеряют в циклах заряда – разряда. Аккумулятор считается непригодным для дальнейшего использования когда его емкость падает ниже 80% от первоначального номинального значения. Количество циклов можно рассматривать как способность ячеек сохранять и передавать энергию потребителям. Литиевые батареи обычно выдерживают не менее 1000 циклов.

Результаты испытаний нескольких аккумуляторов глубокого разряда разного типа. Специальное устройство разряжало четыре аккумулятора током 25 А до 10,5 вольт и затем заряжало их таким же током до 14,4 Вольт. В реальной жизни аккумуляторы часто подвергаются таким же нагрузкам. В испытаниях участвовали недорогой жидко-кислотный аккумулятор, две модели AGM и LiFePo4 аккумулятор. Аккумулятор с жидким электролитом вышел из строя после 18 циклов. AGM — после 180. Состояние литиевого аккумулятора не изменилось

Со временем ячейки стареют. Активные химические вещества в них разрушаются, емкость падает, а внутреннее сопротивление возрастает. На скорость старения влияют величина зарядного и разрядного тока, температура и глубина разряда. Устройством, продлевающим срок службы литиевого аккумулятора, является BMS. Хорошо продуманная электронная система управления контролирует состояние батареи, предотвращает ее перезарядку и защищает ячейки от повреждения при глубоком разряде

Зарядка LiFePO4 аккумулятора

Электрическую энергию можно «накачать» в аккумулятор быстро. Однако химические реакции не протекают мгновенно, поэтому состояние электролита между электродами окажется разным. Ближайшие к электродам слои «зарядятся», а расположенные дальше нет. Разница будет особенно заметна в ячейках с большой емкостью и объемом электролита.

Графики тока и напряжения во время зарядки LiFePO4 аккумулятора

Высокий зарядный ток не сильно ускоряет полную зарядку аккумулятора. Хотя заданное напряжение достигается быстрее, этап насыщения занимает больше времени. При высоком токе первая стадия оказывается короче, но зато вторая длиннее.

Максимально допустимый зарядный ток для аккумуляторов принято выражать в долях емкости. Например, если для литиевого аккумулятора емкостью 100 Ач указан ток 0,5C (где C — емкость аккумулятора), то его непрерывной ток зарядки не должен превышать 50 А. Как правило для литий-железо фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов максимальный ток равен 0,5-1С

Повышенная температура сигнализирует о неправильном алгоритме зарядки или о внутренних проблемах аккумулятора

LiFePO4 аккумулятор в автомобиле

Литиевые аккумуляторные батареи чувствительны к величине тока и напряжения зарядки. Несоблюдение рекомендованных значений сокращает срок службы ячеек, уменьшает их емкость и может даже разрушить, причинив много дорогостоящих повреждений.

Источник зарядки аккумуляторов в автомобиле – это генератор двигателя. Стандартный регулятор автомобильного генератора настроен на 14,0-14,4 Вольта, что позволяет быстро заряжать стартовый аккумулятор и защищает его от сульфатации. Небольшой перезаряд для свинцово-кислотного аккумулятора не страшен, поэтому напряжение остается постоянным в течении всего времени работы двигателя.

Реле развязки соединяет стартовый и сервисный аккумуляторы. Но оно не обеспечивает литиевый аккумулятор правильным зарядным напряжением и не защищает его от высокого тока. Реле не увеличивает напряжение, если оно слишком низкое и не уменьшает его до безопасного уровня, когда оно слишком высокое. Полностью заряженный литиевый аккумулятор остается под тем же напряжением как и во время зарядки. Реле не ограничивает ток генератора, поэтому ток получаемый аккумулятором может в несколько раз превзойти безопасный уровень, определенный производителем. При такой схеме подключения литиевый аккумулятор заряжается неправильно и подвергается опасности во время эксплуатации

14,4 Вольта подходит и для заряда LiFePO4 аккумуляторов. Но заряженный на 100% литиевый аккумулятор не должен постоянно находится под таким напряжением. Оно опасно для батареи и может повредить ее во время продолжительной поездки.

Несовместимость между зарядным напряжением и требованиями LiFePO4 аккумулятора возрастает еще сильнее на автомобилях с двигателями Euro 5/6+. Напряжение на «интеллектуальном» генераторе во время движения колеблется от 12 до 16 Вольт, а значит прежде чем заряжать LiFePO4 аккумулятор напряжение нужно как-то выровнять. Необходимо промежуточное устройство, связывающее BMS аккумулятора с системой зарядки автомобиля.

Зарядное устройство устраняет недостатки реле. Ток, получаемый аккумулятором, ограничен номиналом устройства. Напряжение завит от состояния аккумулятора и изменяется по заданному алгоритму. Сначала зарядка аккумулятора идет максимальным током до 14,4 Вольт. После того как аккумулятор полностью зарядится напряжение уменьшается до 13,8 Вольт.

Задача буферного устройства обеспечить литиевый АКБ правильными профилями напряжения и тока. BMS же позаботится о безопасности ячеек и предотвратит неисправности, которые могут возникнуть. Промежуточное устройство – это управляемый микропроцессором DC-DC конвертер. Он поддерживает на выходе заданное стабильное напряжение и при слишком высоком, и при слишком низком напряжении генератора. Конвертер не только заряжает LiFePO4 аккумулятор по правильному алгоритму, но и ограничивает ток, не давая мощному автомобильному генератору повредить аккумуляторную батарею.

Модель BBW1212 BB1230 BB1260
Максимальный ток, А 28 30 60
Входное напряжение, В 12 12 12
Выходное напряжение, В 12 12 12
Тип аккумуляторов LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 6 режимов зарядки LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки LiFePO4, а так же GEL, AGM, жидкий электролит. Всего 9 режимов зарядки
Вес, кг 3,5 1,2 1,4
Размеры, мм 190 х 160 х 50 190 х 160 х 50 190 х 160 х 70
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

Как выбрать литиевый АКБ в автомобиль

Чтобы полностью использовать в автомобиле возможности LiFePO4 аккумулятора, нужно хорошо понимать как он будет эксплуатироваться и с какой нагрузкой ему предстоит работать. При создании электрической системы, работающей от дополнительного аккумулятора необходимо обращать внимание на следующее

Аккумуляторная батарея большей емкости работает дольше, а время ее зарядки меньше. C DC-DС зарядным устройством переносной бензиновый генератор становится не нужен. Ведь под капотом уже имеется автомобильный генератор мощностью 1500-3000 Вт. Все что необходимо – это организовать доступ к такому мощному источнику энергии. Правильно подобранное зарядное устройство не только передает сервисным аккумуляторам большую мощность, но и представляет доступ к энергии генератора вспомогательным устройствам, например инвертору. Пусть в автомобиле установлен дополнительный литиевый аккумулятор емкостью 100 Ач, DC-DС зарядное устройство номиналом 30А и инвертор мощностью 2000 Вт. Суммарная мощность устройств переменного тока, подключенных к инвертору, 1,5 кВт. Когда все они работают одновременно, инвертор потребляет 150 А, и заряда аккумулятора хватает на 45 минут. Если завести двигатель, то через зарядное устройство от генератора потребителям поступит 25 А, а 125 А отдаст в цепь аккумулятор. В результате аккумуляторная батарея разрядится за 48 минут. Предположим зарядное устройство на 30А заменили максимально допустимой для этого аккумулятора моделью на 60А. Если нагрузка не изменилась, то от генератора через зарядное устройство будет поступать уже 50 А, а 100 А предоставит аккумуляторная батарея. Время работы аккумуляторов увеличится до 60 мин. В дополнение к уже имеющемуся литиевому аккумулятору можно установить точно такой же второй, увеличив тем самым емкость батареи до 200 Ач. Большая емкость позволит использовать зарядное устройство номиналом 120 А. При такой установке 100 А поступит потребителям от генератора, а 50 А даст аккумуляторная батарея и время ее непрерывной работы возрастет до 4 часов

BMS, рассчитанная на высокий ток. Непрерывный ток разряда и заряда аккумулятора должен быть 0,5 — 1C . Необходимо смотреть именно на непрерывный, а не максимальный рейтинг аккумулятора. Максимальное значение бессмысленно, если не указывается время в течении которого проводилось испытание. Хорошая BMS должна отключать аккумулятор при перегрузке, перезарядке, перегреве и слишком высоком напряжении. Для аккумулятора это жизненно важно

Стоимость. Один литиевый аккумулятор может быть почти в два раза дороже другого. Если это так, то очевидно, что в технологии изготовления и в способах использования аккумуляторов существуют различия. Однако нет смысла устанавливать дорогую модель, если более дешевая справится со своими задачами. Важно понять, что для вашей системы имеет решающее значение.

Максимальная скорость зарядки — одна из важных характеристик литиевого аккумулятора. У дешевых моделей ток зарядки может составлять всего 0,3C (30 А для аккумулятора емкостью 100 Aч). У дорогих — 1С или 100 А для аккумулятора той же емкости. Если необходимо максимально быстро заряжать единственный аккумулятор, потребуется модель рассчитанная на высокий ток. Но если в автомобиле есть место, то два менее дорогих аккумулятора  так же дадут возможность использовать ток силой 100 А,  скорость зарядки снизится, но зато емкость батареи увеличится до 200 Ач.

На автомобиле может быть установлено две сервисных аккумуляторных батареи, одна 12, а другая 24-вольтовая. Для их зарядки потребуется два устройства: 12-12 и 12-24 с суммарным номиналом не превышающим возможности генератора. В противном случае для эффективной работы у генератора не останется избыточной мощности. Это не создаст технических проблем, но расчеты придется скорректировать соответствующим образом

Время работы аккумулятора без подзарядки. В отличии от свинцово-кислотного у литиевого аккумулятора доступно 100% емкости. Параллельно можно соединять любое количество аккумуляторов. При последовательном соединении менее дорогие модели часто имеют ограничение в 48 В

Мощность получаемая от генератора. Эта характеристика влияет как на емкость литиевой батареи,  так и на выбор зарядного устройства. Современные автомобильные генераторы имеют мощность около 2000 Вт. Если в автомобиле есть место только для одного дополнительного аккумулятора емкостью 100 Ач, то для его зарядки подойдет устройство номиналом 30 А. С его помощью генератор сможет заряжать дополнительный аккумулятор током примерно 25 А  и будет передавать аккумуляторам 350 Вт. Модель, номиналом 60 А, увеличит передаваемую мощность до 800 Вт. Для аккумулятора емкостью 100 Ач с максимальным током 0,5С этого окажется достаточно

Использовать в автомобиле дорогой LiFePO4 аккумулятор выгодно, когда все три параметра — мощность генератора, номинал зарядного устройства и допустимый ток зарядки аккумуляторов соответствуют друг другу. Например, если мощность автомобильного генератора 1400 Вт, а номинал зарядного устройства 120 А, то для аккумуляторной батареи емкостью 100 Ач с рейтингом 0,5С зарядный ток окажется недопустимо высоким. Но для аккумулятора с рейтингом 1С выбранное оборудование вполне подойдет.

Установка литиевого аккумулятора

Таблица значений длительно допустимого постоянного тока в зависимости от сечения медного кабеля при напряжении 12 Вольт и температуре 60 С

Перед установкой аккумулятора необходимо убедится, что выбранные зарядные профили и разрядный ток соответствуют его характеристикам. Если это не так, BMS просто отключит аккумулятор из соображений безопасности. Если литиевый АКБ планируется заряжать от автомобильного генератора, особенно на автомобилях EURO 6,  необходимо использовать специальное зарядное устройство.

Вместо корпуса автомобиля в качестве отрицательного проводника, лучше использовать кабель, идущий от отрицательной клеммы сервисного к отрицательной клемме стартового аккумулятора.

Все кабели, подключенные к литиевой батарее, необходимо защищать предохранителями, установленными как можно ближе к аккумуляторной клемме. Номинал предохранителя должен на 30% превосходить максимально ожидаемый в цепи ток. Например, если к литиевому аккумулятору емкостью 100Ач подключено зарядное устройство на 60 А, то на входе и выходе устройства ставят предохранители по 80А

автомобильные и литий-ионные, устройство и принцип работы — сообщение

Современное производство, да и всю нашу жизнь невозможно представить без аккумуляторов и батареек. Они необходимы для работы автомобилей, сотовых телефонов, ноутбуков и даже детских игрушек. А при аварийных отключениях электроснабжения они обеспечивают бесперебойную работу различного оборудования. Сегодня в докладе мы познакомим вас с устройством и работой аккумуляторных батарей и литий-ионных аккумуляторов.

Общие сведения об аккумуляторных батареях

Аккумуляторы — устройства, которые являются химическими источниками тока. Они способны накапливать электрическую энергию и отдавать ее по мере необходимости.

Т.е. заряженный аккумулятор является источником электроэнергии. Для зарядки его следует подключить к постороннему источнику питания. При этом происходит процесс превращения электрической энергии источника тока в химическую энергию аккумулятора.

При подключении его к внешней цепи происходит его разрядка, в процессе которой его химическая энергия превращается в электрическую.

Автомобильный аккумулятор

Система электроснабжения автомобиля обязательно включает аккумуляторную батарею. Она предназначена для запуска двигателя, питания некоторых устройств (сигнализации, дворников, кондиционера и т.д.) Его значение столь велико, что часто его называют «сердцем автомобиля».

Как же устроен аккумулятор? Немного упростив детали, его конструкцию можно представить как систему решетчатых свинцовых пластин, находящихся в проводящей жидкости-электролите. Этот химический раствор состоит из 65% воды и 35% серной кислоты. Обычно в аккумуляторе 6 элементов, каждый из которых дает напряжение 2 V. Всего на клеммы аккумуляторной батареи поступает напряжение 12 V. При этом напряжении энергии аккумулятора достаточно для того, чтобы заработал стартер и завёлся двигатель.

В каждом элементе есть положительная и отрицательная пластина. Т. е. на одной — избыток электронов, а на другой их недостаток. Положительные пластины покрыты двуокисью свинца, а отрицательные губчатым свинцом. Когда аккумулятор подключают к потребителю, между покрытием пластин и электролитом начинаются химические реакции, порождающие электрический ток. Именно по электролиту происходит движение электронов от отрицательной пластины к положительной.

В результате этого процесса на пластинах выделяется сульфат свинца, а электролит при этом истощается. И аккумулятору нужно вновь зарядиться. Заряжающую функцию выполняет генератор переменного тока автомобиля. Когда автомобиль движется, работающий двигатель и приводит в действие генератор, подзаряжающий аккумулятор. Зарядка производится в процессе обратной химической реакции. Выходящие из генератора электроны, восстанавливают покрытие свинцовых пластин и плотность электролита. Аккумулятор вновь готов к работе. Если же аккумулятор не успевает полностью восстановить свой заряд от генератора, его подключат к специальному зарядному устройству.

Срок службы аккумулятора зависит от многих факторов: манеры езды водителя, насколько регулярно и правильно проводится его зарядка и обслуживание т.д.

Вообще стандартный ресурс работы аккумулятора 4 года. За этот период постепенно усиливается сульфатизация пластин, и они перестают принимать зарядный ток. Эта маленькая электростанция может и не подавать вида, что ей требуется замена. А просто в один прекрасный момент водитель не сможет завести двигатель.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Самый популярный вид аккумулятора, применяемый в электронной бытовой технике (сотовых телефонах, ноутбуках и т. д.) — это литий-ионный аккумулятор. Его популярность легко объяснима. Это устройство выгодно отличается от своих собратьев:

  • более быстрой зарядкой;
  • большей мощностью;
  • меньшим весом;
  • более долгим сроком службы;
  • низким саморазрядом.

В подтверждение этих достоинств приведём такие цифры — число рабочих циклов у них достигает 1000, что в 2 раза больше чем у других подобных устройств; а напряжение на отдельном элементе достигает 3,6 В, тогда как у других видов аккумуляторов не превышает и 2В.

Важным его достоинством является «эффект памяти», позволяющий ставить устройство на подзарядку в любой момент, независимо от имеющегося уровня зарядки. Это особенно важно, если предстоит его непрерывная и длительная эксплуатация.

Устройство и принцип работы

Литий-ионные аккумуляторы могут иметь либо цилиндрическую, либо плоскую форму. Его электроды разделены слоем сепаратора и электролита. Для изготовления катода используют литий, анод выполняется из пористого углерода. Пропиленовый сепаратор разделят разноименно заряженные электроды. Носителями заряда являются ионы электролита. В процессе разряда их поток направлен от анода к катоду. При зарядке — от катода к аноду. Контакты от катодов и анодов подсоединены к наружным клеммам. Причём к алюминиевому корпусу устройства подключен положительный электрод. Для безопасной эксплуатации предусмотрена защита, предохраняющая устройство от перезаряда.

Срок их службы зависит от количества зарядов и разрядов. Если предполагается их длительное хранение без использования, лучше всего это сделать при половинном заряде аккумулятора

К недостаткам литий-ионных аккумуляторов можно отнести их относительно высокую стоимость.

Автор: Драчёва Светлана Семёновна


Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

Вы можете оставить комментарий к докладу.

Что из себя представляет аккумуляторная батарея. Конструкция и назначение аккумулятора Назначение акб

Работа электромобиля основана на электрическом токе. Внешне такие машины трудно отличить от авто с бензиновым двигателем. Единственная заметна разница в шуме при движении: электромобиль передвигается практически бесшумно. По типу организации работы эти виды машин существенно отличаются.

В электроавтомобиле установлен двигатель, функционирующий от электрического тока и получающий энергию от аккумуляторов.

Основные виды аккумуляторных батарей

В основе работы электромотора лежит принцип индукции электромагнитной природы. Данный тип двигателя преобразовывает энергию электриеской природы в механическую. Этот двигатель имеет высокий показатель КПД (коэффициента полезного действия). Он может достигать 95%.

Главный источник энергии электромотора — батареи аккумуляторной природы. Такие источники питания довольно дорогостоящие, что является главной причиной недостаточной распространенности электромобилей.

Наиболее популярный и доступный вид аккумуляторов — источники питания со свинцово-кислотным наполнителем . Также эти батареи почти полностью перерабатываются, что уменьшает их отрицательное влияние на экологию. Следующий вид аккумуляторов — никель-металлогибридные . Они дороже, чем представленные ранее, но имеют более высокие показатели производительности. Литий-ионные источники питания — идеальные для автомобилей с электрическим двигателем. Они наименее распространены среди автовладельцев из-за своей высокой стоимости.

Зачастую в электромобилях, кроме батарей, питающих двигатель, устанавливают дополнительный источник питания, обеспечивающий функционирование фар, магнитолы, стеклоочистителей и других аксессуаров вашего транспортного средства.

Особенности и строение аккумулятора с литий-ионным наполнителем

Источник питания с литий-ионным наполнителем очень распространен сегодня в бытовой электронике и широко применяется в автомобилях с электрическими двигателями и энергетических системах (мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и т.д.).

Литий-ионный аккумулятор является наилучшим вариантом для питания электромобилей. Его составляющие:

  • Электроды, разделенные между собой сепараторами, которые пропитаны электролитом.
  • Герметичный корпус, в котором размещены электроды.
  • Катоды и аноды, прикрепленные к токосъемникам-клеммам.

Корпус оснащен предохранительным клапаном, главная функция которого — сбрасывать внутреннее давление при авариях и нарушении условий использования двигателя. Литий-ионные аккумуляторы различаются в зависимости от характера материала на катоде. «Транспортером» заряда в этом источнике питания есть ион лития с положительным зарядом, который может вклиниваться в кристаллическую структуру таких материалов, как графит и различные соли, с созданием связи химической природы.

Сегодня при обширном производстве описанного вида аккумулятора используют такие три вида сырья катодной природы:

  • Кобальт литий и производные от никелата лития твердые растворы.
  • Шпинель из лития и марганца.
  • Феррофосфат лития.

Аккумуляторы с литий-ионным наполнителем имеют существенные преимущества в сравении с их сородичами. Это низкие показатели

TeslaModel S: взгляд изнутри

Компания «Тесла Моторс» создает популярные «экологичные» электромобили, которым присущи специфические свойства, делающие машины популярнее с каждым днем. Одной из составляющих успеха продуктов компании являются батареи литий-ионной природы, размещенные в электроавто.

Каково же строение источника питания Тесла?

Для начала стоит отметить, что вся сборка аккумулятора характеризуется повышенной плотностью и точностью сочетания составляющих. Батарея имеет 16 составляющих — блоков параллельного соединения, огражденных пластинами из металла и пластиковой защитой батареи от воды. Каждый блок аккумулятора имеет разделенные на шесть групп 74 составляющих компонента, похожих на привычные пальчиковые батарейки. Схема их размещения и принцип работы держатся в строжайшем секрете!

Электрод с положительным зарядом — это графит, а с отрицательным — никель, кобальт и оксидный алюминий.

Наимощнейший из подобных аккумуляторов сложен из 7104 похожих батарей. Имеет вес 540 кг, длину — 2м 10см, ширину — 1м 50см и 15 см толщину. Энергия, вырабатываемая одним из 16 блоком, равна продуцируемой сотней аккумуляторов портативных компьютеров.

При производстве аккумуляторов Тесла используют детали, созданные в Мексике, Китайской народной республике и Индии. Конечная работа производится в США. Гарантия, предоставляемая компанией, значительна: до 8 лет.

В статье описан состав наиболее распространенных источников питания для двигателей электромобилей. Надеемся, информация будет полезной для Вас!

Аккумулятор служит для накопления электрической энергии, выступая автономным источником электропитания. В основу действия аккумулятора положена обратимость химических процессов, которые происходят внутри него. Именно эта особенность позволяет использовать устройство многократно и циклически (постоянный заряд и разряд). Разряженный аккумулятор заряжают методом пропускания электрического тока в таком направлении, которое противоположно направлению тока при разряде аккумулятора. АКБ в процессе работы мотора заряжается от генератора прямо в подкапотном пространстве автомобиля.

Аккумуляторная батарея имеет корпус. В данном корпусе расположены перегородки, разделяющие батарею на ячейки (банки). Аккумулятор на 12 вольт, который чаще всего устанавливается на легковых автомобилях, включает в себя 6 ячеек. В каждой банке имеются небольшие блоки, которые соединены друг с другом.

В отдельном блоке имеются положительные и отрицательные электроды. Указанные электроды представляют собой пластины (решетки), которые изготовлены из свинца (на примере свинцового аккумулятора). Данные пластины покрыты особым активным составом. Между пластинами с положительными и отрицательными полюсами также находится разделитель (сепаратор). Сепараторы изготовлены из материалов, которые не пропускают электрический ток.

Правильная зарядка автомобильного аккумулятора зарядным устройством. Проверка перед зарядкой, каким током заряжать аккумулятор. Как зарядить АКБ без ЗУ.

  • Когда нужно заряжать необслуживаемый автомобильный аккумулятор. Как заряжать необслуживаемую АКБ зарядным устройством: сила тока, время зарядки. Советы.
  • Как измеряется плотность электролита в АКБ, от чего зависит данный показатель. Доступные способы повышения плотности в «банках» аккумулятора своими руками.


  • Аккумулятор — это важнейшая деталь машины, поэтому поддержание батареи в исправном состоянии будет являться залогом эффективного запуска двигателя, а также бесперебойной работы бортовых потребителей электричества. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ необходимо ознакомиться с основными принципами работы этого устройства. В этой статье будут подробно рассказано, как устроен автомобильный аккумулятор.

    Содрежание

    Из чего состоит аккумулятор

    Автомобильный элемент питания собирается на заводе из многих элементов, поэтому для понимания принципа работы источника электрического тока необходимо знать назначение каждого компонента. Аккумуляторная батарея состоит из следующих частей.

    Корпус. Современная АКБ изготавливается из ударопрочного полипропилена. Этот материал хорошо переносит не только повышенные механические нагрузки и вибрации, но и устойчив к воздействую кислоты, которая в виде раствора заполняет внутренние полости батареи. Кроме этого полипропилен устойчив к большим перепадам температуры. Корпус АКБ разделён на 6 герметически отделённых между собой секций, в которые, в процессе изготовления батареи, устанавливаются свинцовые электроды и сепараторы.

    Сепараторы. Сепараторы устанавливаются между электродами и служат диэлектриками, которые надёжно предохраняет элементы батареи от короткого замыкания. Эти элементы также изготавливаются из кислотоустойчивого полимера, который не разрушается при воздействии агрессивной среды в течение всего времени эксплуатации АКБ.

    Электроды. В большинстве выпускаемых аккумуляторных батарей используются свинцовые пластины с различными примесями, в ячейках которых находится масса, состоящая из свинцового порошка и серной кислоты. Пластины современных аккумуляторов могут быть изготовлены из свинца легированного кальцием, что позволяет значительно увеличить ресурс батареи.

    Электролит. Электролит представляет собой раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Эта жидкость необходима для того, чтобы электрический ток свободно протекал от отрицательных электродов к положительным. В дорогих батареях вместо жидкого электролита он может быть запечатанным использован гель. Благодаря этим качествам гелевые аккумуляторы выпускаются в виде полностью необслуживаемых изделий.

    Клеммы. У всех батарей имеются клеммы, они могут быть разных типов стандартные (европейские), ASIA (тонкие конусы для азиатских автомобилей) и винтовые (для американских автомобилей). Изредка можно встреть батареи с четырьмя клеммами на корпусе.

    Дополнительный функционал:

    • У необслуживаемых батарей вместо стандартных шести пробок по бокам имеются 2 клапана сброса давления (в случае закипания электролита через них будет сбрасываться газ).
    • Некоторые аккумуляторы оснащены «глазком», с помощью которого можно легко определить степень заряженности и уровень электролита.

    Как устроен аккумулятор

    Аккумуляторная батарея устроена таким образом, чтобы в результате подачи на её клеммы постоянного тока происходило эффективное накапливание электрической энергии. Автомобильная АКБ состоит из 6 изолированных друг от друга ёмкостей, в которых находятся отрицательные и положительные пластины, отделённые между собой сепараторами.

    Каждая такая банка позволяет аккумулировать электрический ток напряжением до 2,1 В. Для получения стандартного напряжения бортовой сети автомобиля, применяется схема последовательного подключения таких электрических элементов. Немаловажной особенностью современных кислотных аккумуляторов является полная герметизация корпуса изделия. Несмотря на невозможность обслуживания устройств накопления электроэнергии этого типа, их функциональность и безопасность использования находится на более высоком уровне по сравнению с изделиями с пробками.

    Принцип работы аккумулятора

    Автомобильный свинцовый аккумулятор представляет собой восстанавливаемый химический элемент питания, в котором образование электричества происходит в результате реакции между двуокисью свинца, губчатым свинцом и раствором серной кислоты.

    При подаче постоянного тока на клеммы аккумулятора на отрицательных пластинах образуется чистый свинец, а на положительных – диоксид свинца. При подключении батареи к различным устройствам и агрегатам, потребляющим электроэнергию, происходит обратный процесс, при котором на отрицательных электродах образуется сульфат свинца, а из электролита высвобождается чистая вода.

    В зависимости от типа аккумуляторной батареи такая последовательность может повторяться тысячи раз, прежде чем произойдёт сульфатация или разрушение пластин.

    Особенности конструкций

    Аккумуляторные батареи могут существенно отличаться друг от друга. К особенностям конструкции АКБ можно отнести:

    1. Размер аккумулятора.
    2. Состав металлического сплава пластин.
    3. Вид электролита.
    4. Расположение электрических выводов на корпусе.

    От размера пластин и количества электролита в каждой банке будет зависеть ёмкость АКБ, поэтому изделия, устанавливаемые для запуска дизельных установок грузовых автомобилей, могут в несколько раз превышать по массе и объёму батареи для легковых авто.

    От вида свинцового сплава будет зависеть внутреннее электрическое сопротивление батареи и устойчивость элемента к воздействию агрессивной среды. Также состав металла будет влиять на интенсивность испарения влаги, поэтому для необслуживаемых моделей пластины изготавливаются из легированного кальцием свинца.

    От вида электролита, применяемого в банках аккумулятора, также зависит большое количество параметров батареи. Жидкий раствор замерзает при низких температурах воздуха, а при кипении приводит к испарению воды, поэтому замена его на гель позволяет существенно увеличить ресурс изделий. Гелевые аккумуляторы значительно лучше переносят глубокий разряд, что позволяет использовать их не только в качестве пусковых устройств, но и для питания силовых электрических установок.

    Аккумуляторы могут отличаться и по расположению клемм на корпусе. Этот параметр следует обязательно учитывать при подборе новой АКБ, иначе потребуется удлинять плюсовой провод автомобиля, подключаемый к источнику питания.

    Для правильной эксплуатации автомобиля нужно также досконально знать устройство и принцип аккумуляторной батареи. В данной статье подробно описано, из каких деталей состоит батарея, а также ее виды.

    [ Скрыть ]

    Назначение батареи

    Важно знать, что если у человека в теле одним из важных органов является сердце, то в автомобиле – аккумулятор. Он находится в бортовой сети – в связке с генератором и является ключом подачи тока.

    Устройство автомобильного аккумулятора имеет следующие свойства:

    • дает заряд тока на стартер, таким образом запуская мотор;
    • позволяет работать другим элементам в машине, если мотор не работает;
    • позволяет получать энергию, если автомобиль перегружен.

    Для легковых автомобилей и схожих машин значение потребления колеблется в следующих пределах:

    • емкость от 40 до 130;
    • пусковой ток имеет такие значения: от 300 до 1300 ампер.

    Они имеют такие требования:

    • малогабаритный;
    • минимальное обслуживание;
    • низкий порог саморазряда;
    • высокий пусковой ток.

    Устройство АКБ

    Как устроен автомобильный аккумулятор, можно узнать ниже.

    Основные компоненты

    Большинство современных легковых машин оснащено свинцово-кислотными устройствами на основе жидкого электролита. Они постоянно обновляются и совершенствуются, а также видоизменяются.

    Конструкция аккумуляторной батареи состоит из следующих деталей:

    • клеммы;
    • выходное отверстие;
    • крышка;
    • шина;
    • корпус;
    • сепаратор;
    • электроды.

    Для соединения клемм используются перемычки для аккумуляторных батарей. Они позволяют соединить несколько аккумуляторов в группу или . Разнозаряженные электроды находятся в одном корпусе и погружены в электролит. Электролит, в который помещаются электроды, готовится из раствора воды и серной кислоты.

    Качество этих компонентов имеет большое влияние на продолжительность существования аккумулятора. Электрод имеет вид решетки, которая отводит ток. Она изготавливается из свинцового сплава, в состав которого входят вещества, защищающие металл от разложения. Качество сплава и даже размер решетки – все влияет на работу батареи.

    Сепаратор играет роль щита между двумя электродами, имеющими разный заряд. Каждый электрод помещен в сепаратор для защиты от замыкания. Он должен иметь две функции: изолировать электроды друг от друга, но в то же время давать доступ ионам электролита к электродам.

    В устройствах, которые изобретены сейчас, электроды составлены из сплава свинца и калия. Благодаря этому саморазряд батареи снижается еще ниже, а также снижается потребление воды. В составе также должен находиться выключатель аккумуляторной батареи, он служит для того, чтобы функции батареи отключались при длительном бездействии машины. Хороший выключатель аккумуляторной батареи должен иметь маленькое сопротивление.

    Особенности конструкции разных видов АКБ

    Аккумуляторные батареи могут быть различными:

    1. WET аккумулятор с жидким электролитом. Есть несколько разновидностей: электроды — состоят из сплава свинца с сурьмой, где названного элемента содержится до 6 %; необслуживаемые кальциевые, где в сплаве содержится кальций; смешанный – гибрид. В нем содержатся и кальций, и сурьма.
    2. AGM аккумулятор, состоящий из стекловолокна, прилегающего к свинцовым пластинам.
    3. GEL – в этой батарее электролиты находятся в газообразном виде, который возникает благодаря добавлению в конструкцию кислоту оксида кремния. Данный вид батареи очень редко, практически не применяется в легковых автомобилях, но его можно встретить в трейлерах, мотоциклах и скутерах, а также водных мотоциклах и прочей подобной технике.

    Популярность аккумуляторных батарей из стекловолокна повышается благодаря машинам с системой рекуперации энергии торможения и систематикой старт-стоп. В зависимости от этого повышаются и требования.


    Теперь для автомобильного аккумулятора необходимо иметь:

    • ток прокрутки еще мощнее;
    • повышенную устойчивость к саморазряду;
    • более длительный срок эксплуатации.

    Аккумуляторы этого типа пользуются популярностью у водителей машин со множеством электронной техники на борту. На рынках автомобилистов можно встретить аккумуляторы типа EFB, которые в некотором роде схожи с WET батареями. Они находятся на границе между WET и AGM и отличаются тем, что в батареях этого типа залит жидкий кислотный электролит, а электроды покрыты тончайшим микроволокном. Благодаря этому батарея гарантирует большую аккумуляцию энергии в автомобиле, больше держит заряд и имеет мощный токоотвод.

    Батареи EFB часто используются в машинах на основе старт-стоп систем. Однако они не настолько популярны, как аккумуляторы WET, так как при покупке придется расщедриться.

    При покупке устройства необходимо будет рассчитывать на то, что он будет выделять газы при зарядке. Конечно, современные устройства содержат специальный корпус, который помогает отвести газы.
    Элементы, которые выделяются при заряде аккумулятора, связаны с выделением воды, а иногда выделяются в атмосферу, если заряд устройства превышает допустимый уровень.

    Существуют аккумуляторы с пламегасителем. Это устройство предназначено для того, чтобы внутри аккумулятора погасить пламя, если газы внезапно загорятся. Ниже можно узнать принцип работы аккумулятора.


    Принцип действия

    Принцип действия заключается в следующем. Активные элементы устройства обладают способностями вступать в реакцию при инициировании нагрузки на клеммы аккумулятора. Работающий аккумулятор провоцирует таким образом появление тока, который вырабатывает сульфат свинца на отрицательной пластине.

    Если ток идет извне, то есть от зарядки или генератора, тогда идет обратный процесс. В этот момент на отрицательных электродах возобновляются слои чистого свинца, а на положительных – регенерация диоксида свинца. В устройстве происходит метод двойной сульфации: повышение плотности электролита.


    Крепление АКБ происходит при помощи положительных и отрицательных выводов из свинца. Они изготавливаются из различной толщины и соответственно маркируются, чтобы при подключении не возникли ошибки. Полярность аккумулятора может быть различной – это зависит от того, как расположены выводы.

    Для правильного крепления можно использовать несколько вариантов:

    1. Крепление скобой за выступ корпуса аккумулятора. Это практикуется для аккумуляторов европейского типоразмера.
    2. Если типоразмер азиатский, тогда крепление происходит с помощью рамки.
    3. Американский типоразмер осуществляет крепление при помощи специальных клемм.

    Основные характеристики автомобильной батареи

    Если говорить о стандартных характеристиках батареи, нужно осветить следующие из них:

    • емкость;
    • напряжение;
    • ток холодной прокрутки.

    При приобретении устройства данные показатели можно обнаружить на этикетке аккумулятора или в интернете, на сайте производителя. Когда речь идет о емкости, говорится о полностью заряженном устройстве, которое отдает энергию в течение 20 часов в процессе разряда (автор видео — ChipiDip).

    В таком случае размер проявляется в ампер-час. Для сравнения можно взять стандартный аккумулятор автомобиля величиной 55 Ач. Эта батарея при правильной работе должна в течении 20 часов выводить ток 2,75 ампера. Такой разряд в повседневной жизни не практикуется.

    Емкость может быть резервной, эта величина обозначается в минутах. Резервная емкость аккумулятора в таком случае может подменить генератор. Величина напряжения на среднестатических легковых машинах устанавливается в размере 12 вольт, а величина тока холодной прокрутки говорит о том, сколько батарея отдает энергии за 10 секунд при температуре в -18 и ниже градусов. Напряжение в таком случае не должно падать ниже 7,5 вольта. Ток прокрутки указывает, сколько времени батарея может крутить стартер в мороз.

    Для автомобильного аккумулятора часто используют пусковое устройство. При помощи этого средства можно продлить жизнь батареи, если она работает на износ.

    Цена вопроса

    Цена, как можно сделать вывод, будет исходить из вида аккумулятора и его составляющих.

    Ниже предоставлены цены на батареи:

    Видео

    « Аккумуляторная батарея. Устройство, диагностика, эксплуатация»

    Аккумулятор представляет собой устройство, которое накапливает энергию в химической форме при подключении к источнику постоянного тока, а затем отдает ее, преобразуя в электричество. Его используют многократно за счет способности к восстановлению и обратимости химических реакций. Разряжается – снова заряжают. Применяются аккумуляторы в качестве автономных и резервных источников питания для электротехнического оборудования и различных устройств.

    Устройство аккумулятора

    В автомобилях обычно применяют . Рассмотрим их устройство.

    Все элементы располагаются в корпусе, который изготавливают из полипропилена. Корпус состоит из емкости, разделенной на шесть ячеек, и крышки, оснащенной дренажной системой для стравливания давления и отвода газа. На крышку выводится два полюса (клеммы) – положительный и отрицательный.

    Содержимое каждой ячейки представляет собой пакет из 16 свинцовых пластин, полярность которых чередуется. Восемь положительных пластин, объединенных бареткой, являются плюсовым электродом (катодом), восемь отрицательных – минусовым (анодом). Каждый электрод выводится к соответствующей клемме аккумулятора.

    Пакеты пластин в ячейках погружены в электролит – раствор серной кислоты и воды плотностью 1,28 г/см3.

    Между пластинами электродов, для предотвращения замыкания, вставлены сепараторы – пористые пластины, которые не препятствуют циркуляции электролита и не взаимодействуют с ним.

    Отдельная пластина электрода – это решетка из металлического свинца, в которую впрессован (намазан) реагент. Активная масса катода – диоксид свинца (PbO2), анода – губчатый свинец.

    Принцип действия аккумуляторов


    Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

    При разряде аккумулятора (подключении нагрузки) губчатый свинец анода выделяет положительные двухвалентные ионы свинца в электролит. Избыточные электроны перемещаются по внешней замкнутой электрической цепи к катоду, где происходит восстановление четырехвалентных ионов свинца до двухвалентных.

    При их соединении с отрицательными ионами серного остатка электролита, образуется сульфат свинца на обоих электродах.

    Ионы кислорода от диоксида свинца катода и ионы водорода из электролита соединяются, образуя молекулы воды. Поэтому плотность электролита понижается.

    При заряде происходят обратные реакции. Под воздействием внешнего ионы двухвалентного свинца положительного электрода отдают по два электрона и окисляются в четырехвалентные. Эти электроны движутся к аноду и нейтрализуют ионы двухвалентного свинца, восстанавливая губчатый свинец. На катоде, путем промежуточных реакций, снова образуется двуокись свинца.

    Химические реакции в одной ячейке вырабатывают 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

    Из видео Вы сможете более подробно узнать, как работает аккумулятор:

    Особенности заряда кальциевых аккумуляторов

    07.02.2020

    Что стоит знать о кальциевых аккумуляторах

    Некоторые автолюбители считают, что пластины Са/Са аккумуляторов произведены из кальция, а не из традиционного свинца. Однако на самом деле это не так. Если бы пластины автомобильных аккумуляторов были изготовлены из кальция, то электрохимической реакции заряда — разряда от батареи мы бы просто не увидели. Поэтому пластины изготовлены из свинца, а кальций присутствует только в качестве добавки и то — всего лишь 0,07 процентов. В аккумуляторах, изготовленных по технологии Са/Са кальций добавляется как в положительные пластины, так и в отрицательные. В аккумуляторах Pb/Cа, которые иначе называются гибридными, кальций находится только в отрицательных пластинах.

    Принцип действия, а также электрохимические реакции у кальциевых аккумулятором абсолютно идентичны традиционным свинцовым. Разница между ними — в наличии кальция, который в нормальных условиях не позволяет закипеть аккумулятору, а также способствует защите свинца от коррозии. (Под нормальными условиями подразумевается эксплуатация аккумулятора в автомобиле, где он заряжается под напряжением примерно в 14,4 — 15 В, и, соответственно, не закипает). Также, за счет добавления кальция, свинцовые пластины становятся более прочными, что положительно влияет на срок службы. Благодаря технологии Са/Са, стало возможным делать более тонкие пластины (относительно пластин в свинцовых аккумуляторах). За счет этого увеличились площади поверхностей пластин, что, в свою очередь повлияло на рост так называемых пусковых токов.

    Итог: аккумуляторы изготовленные по технологии Са/Са и Pb/Cа рассчитаны на эксплуатацию в автомобилях с напряжением бортовой сети до 15 В. При этом аккумулятор нормально заряжается, не кипит, ток саморазряда ниже, по сравнению с традиционными АКБ.
    Кипение аккумулятора и повреждение пластин происходит при более высоких напряжениях, которых на исправном автомобиле не возникает.
    Из свойств кальциевых аккумуляторов следует вывод — они проще в обслуживании и дольше сохраняют заряд.

    Как правильно заряжать аккумулятор Са/Са

    1. Если аккумулятор в вашем автомобиле не заряжается до конца (причины могут быть различными: низкие температуры на улице, короткие и нечастые поездки, проблемные генератор и т. д.), необходимо заряжать его с помощью обычного зарядного устройства
    2. Напряжение заряда должно быть в диапазоне 14,4-15В
    3. Ток заряда должен составлять не более 10 % от емкости вашего аккумулятора
    4. Алгоритм заряда «CC/CV» стандартный для свинцово кислотных аккумуляторов; заряд постоянным током до порогового напряжения, затем заряд постоянным напряжением с понижением тока заряда.
    5. Категорически противопоказано «кипячение» кальциевым АКБ. Так как в лучшем случае оно приводит к снижению технических характеристик прибора, а в худшем — к выходу устройства из строя.
    6. Чтобы добиться более «плотного» заряда, лучшего растворения сульфатов и увеличения ресурса, необходимо производить заряд аккумулятора с наименьшим значением тока.

    Сейчас на рынке появилось множество подделок. Чтобы отличить качественную АКБ от подделки, а также понять оригинальное устройство перед нами или нет — нужно обратить внимание на маркировку. На корпусе аккумулятора должны быть указаны следующие характеристики:

    • стартовый ток
    • значение напряжения
    • значение номинальной емкости
    • дата выпуска данного устройства
    • подробная информация о производителе
    Каждый вправе сам выбирать напряжение и ток заряда. Но Вы заметили, что мы не говорим о заряде напряжением 16 и более вольт? Эти АКБ заряжаются точно так-же, как и свинцово-кислотные.

    Преимущества кальциевых аккумуляторов

    1. Длительный срок эксплуатации. При правильной эксплуатации срок службы кальциевого аккумулятора, в среднем, составляет около пяти лет.
    2. Низкий уровень саморазряда. В сравнении с малосурьмянистыми разновидностями аккумуляторов, характеристика кальциевых аккумуляторов ниже почти на 70 процентов.
    3. Повышенная прочность пластин АКБ. Что позволяет пластинам быть устойчивым к вибрациям.
    4. Снижение интенсивности коррозионных процессов. Это увеличивает срок службы АКБ.
    5. Кальциевые аккумуляторы оснащены защитой от перезаряда. Характерно свойство выдерживать напряжение до 14,8 В.
    6. Большинство кальциевых аккумуляторов (около 90 процентов) — необслуживаемые.
    7. Возможно изготовление пластин меньшей толщины. У производителей есть возможность выпускать аккумуляторы с увеличенным количеством пластин, что влияет на мощность — она становится больше.
    8. Прекрасный вариант для начинающих автомобилистов. Как мы уже говорили, в большинстве случаев, автомобильный аккумулятор Са/Са является необслуживаемым. Что позволяет водителю не проводить дополнительные действия, такие как измерение уровня и плотности электролита.

    Аккумуляторы такого вида идеально подходят для установки в автомобили с полностью исправным электрооборудованием. Желательно, чтобы в транспортном средстве присутствовали системы, которые самостоятельно могут отключать музыку, габаритные огни, свет, в том случае, когда автомобилист забыл сделать это сам.

    Недостатки кальциевых АКБ.

    К сожалению, в нашей жизни не существует идеальных вещей. Поэтому и кальциевые аккумуляторы также имеют некоторый ряд недостатков.

    1. Чувствительность к глубоким разрядам. Это главное отличие кальциевых батарей от их гибридных и сурьмянистых аналогов. Кальциевые аккумуляторы крайне не рекомендуется разряжать ниже напряжения в 12 В. Всего лишь при одном глубоком разряде такая АКБ потеряет пятую часть своей емкости. При однократном полном разряде батарея лишается половины емкости, в то время как устройство, которое пережило 9 -10 разрядов, становится абсолютно непригодным к эксплуатации.
    2. Достаточно высокая стоимость. Что обусловлено дорогим, а также сложным процессом производства.
    3. Не подходит для режима передвижений в «городском стиле». Длительные простои, в случае, если автомобилем пользуются нечасто и на короткие дистанции, негативно, и даже губительно влияют на кальциевые аккумуляторы.

    Заметим, что кальциевые аккумуляторные батареи подходят только для использования в автомобилях. Советуем воздержаться от установки таких устройств в катер или лодку (там они могут подвергнуться глубокому разряду).

    Неправильно — «правильная» зарядка кальциевых АКБ

    Предположим, что у нас есть кальциевая АКБ. Подаем на нее стандартные 14,4 В и дожидаемся, пока ток, потребляемый батареей, не понизится до 0,1 А (вспоминаем, что это один из признаков, что аккумулятор зарядился). Далее отключаем зарядное устройство и измеряем плотность электролита. Плотность, при заряженном аккумуляторе, должна быть 1,27, однако при измерении мы не видим этой цифры. Что же делать? В интернет многие советуют в таком случае заряжать кальциевые АКБ напряжением 16,1 — 16,5 В. Давайте разберемся, что же будет, если мы последуем этим советам.

    При зарядке таким напряжением, плотность все же повысится, как мы и хотели. Однако подав такое напряжение мы спровоцировали то самое кипение, с которым борется производитель.
    В современных батареях реагирует преимущественно тот электролит, который находится в конвертах. Однако тот, который мы втянули ареометром, находится за пределами зоны электрохимической реакции, из чего делаем вывод, что плотность этого электролита совершенно не должна повышаться в одно время с зарядом батарее.
    При подаче на клеммы 16 В — электролит на конвертах начинает «кипеть», благодаря чему он начал интенсивно смешиваться с тем, что находится над пластинами. Это и есть единственная причина того, что после повторного замера мы увидели плотность 1,27. Хотя эта плотность и так уже была достигнута внутри конвертов. В то время как мы кипятили АКБ, пластины деградировали, теряя часть свинца.
    Предположим, мы все-таки зарядили кальциевую батарею методом из интернета и установили ее на автомобиль. Что же произойдет дальше? После первого запуска заряд, который был накоплен «кипячением», тратится на работу стартера. А далее АКБ подзаряжается под напряжением 14,5 В.

    Подводя итоги

    Чтобы правильно выбрать АКБ, которая подходит для вашего конкретного автомобиля, необходимо учитывать следующие параметры:

    • совместимость аккумулятора с Вашей моделью транспортного средства
    • условия и интенсивность эксплуатации
    При возникновении каких-либо сомнений при выборе подходящей АКБ советуем обратиться за помощью и консультацией к специалистам. Также консультацию можно получить на нашем форуме https://forum.orionspb.ru/
    Кальциевые аккумуляторы больше подходят автомобилистам, которые ездят часто и на дальние расстояния, а также предпочитают высокое качество езды. При своевременной подзарядке устройство будет эксплуатироваться в течение долгого времени — в течение срока, заявленного производителем и даже дольше.

    Видео на тему:


    Технологии автомобильных аккумуляторов

    Необслуживаемые автомобильные аккумуляторы.

    Традиционные автомобильные аккумуляторы имеют недостатки связанные с тем, что сурьма, содержащаяся в сплаве положительных токоотводов, постепенно, по мере их коррозии, переходит через раствор на поверхность отрицательного электрода. Накопление большого количества сурьмы на поверхности отрицательной активной массы понижает напряжение начала газовыделения. Вследствие этого в конце зарядного процесса происходит все более бурное газовыделение, напоминающее кипение электролита. Это ведет к потери воды из-за ее электролитического разложения и испарения вместе с образующимися газами.

    За последние десятилетия произошло стремительное развитие технологии и совершенствование оборудования для аккумуляторного производства. В итоге на рынке появилось несколько видов, так называемых, необслуживаемых автомобильных аккумуляторов. Особенностью таких аккумуляторов является использование для производства токоотводов, сплавов без сурьмы или с ее пониженным содержанием. Необслуживаемые аккумуляторы начали изготавливать в США в конце семидесятых годов прошлого столетия. Для токоотводов и положительного, и отрицательного электродов применялся свинцово-кальциевый сплав с содержанием кальция 0,07-0,1% и олова 0,1-0,12% (остальное — свинец). Это позволило достигнуть значительного снижения газовыделения, которое обеспечивало эксплуатацию аккумуляторов без доливки воды в течение 2 лет и более. При этом саморазряд замедлился более чем в шесть раз. Но после двух-трех глубоких разрядов такие аккумуляторы теряют 40-50% емкости и их стартерные характеристики также значительно снижаются. Поэтому такие аккумуляторы не нашли широкого распространения в Европе и России. Почти одновременно со свинцово-кальциевой технологией производства аккумуляторных батарей необслуживаемого исполнения, в США появилась технология гибридных аккумуляторов — система «кальций плюс» с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном токоотводе и отрицательным свинцово-кальциевым токоотводом. В начале восьмидесятых годов производство необслуживаемых аккумуляторов стало стремительно развиваться и в странах Европы. Здесь пошли по пути использования сплавов с пониженным до 2,5-3,0% содержанием сурьмы. У таких аккумуляторов расход воды и саморазряд были в 2-3 раза выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами, хотя и значительно ниже, чем у батарей традиционного исполнения. Они могли работать без доливки воды не менее 1 года.

    Далее в Европе появляются гибридные аккумуляторные батареи, у которых положительные токоотводы изготовлены из малосурьмяного сплава (не более 2%) с добавлением мышьяка, олова, меди, селена и т.п. в различных сочетаниях и соотношениях; а отрицательные — из свинцово-кальциевого сплава. Их характеристики по расходу воды и саморазряду, как и у американских гибридных аккумуляторов, не такие хорошие, как у свинцово-кальциевых, но все же существенно лучше, чем у батарей по технологии малосурьмяных сплавов.

    В конце 90-х годов в США и Западной Европе начинается производство аккумуляторов с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с многокомпонентными добавками, в том числе и серебра, которые при глубоких разрядах теряют емкость гораздо медленнее, чем первое поколение аккумуляторных батарей по свинцово-кальциевой технологии. Расход воды у них так мал, что конструкторы убирают с крышек отверстия для доливки воды и делают аккумуляторные батареи полностью необслуживаемыми и исключающими доступ к электролиту при использовании аккумулятора.

    Такое изменение конструкции стало возможным благодаря общим усилиям производителей аккумуляторов и автомобильного электрооборудования. Ведь для максимального использования ресурса полностью необслуживаемой аккумуляторной батареи (без отверстий для доливки воды) необходимо обеспечить стабильное зарядное напряжение, обеспечивающие минимальное разложение воды при заряде аккумуляторов. В то же время, степень заряженности аккумуляторной батареи должна быть достаточной для безотказной работы всего электрооборудования. Это стало возможно благодаря созданию системы регулирования зарядного напряжения, обеспечивающей его стабильность с точностью ± 0,1 В.

    Но владельцы автомобилей, решившие использовать необслуживаемые аккумуляторы без отверстий для доливки воды, должны более внимательно относиться к обеспечению исправной работы электрооборудования. Прежде всего это касается натяжения ремня привода генератора, исправности самого генератора, регулятора напряжения, отсутствия утечек тока в системе электрооборудования или сигнализации и ряда других факторов.

    Автомобильные аккумуляторы, у которых отсутствуют отверстия для доливки воды и имеется только атмосферная связь внутренней полости с окружающей средой через небольшие вентиляционные отверстия на торцах крышки, как правило оснащены индикатором состояния заряженности (рисунок 1): шарик-поплавок зеленого цвета расположен над пластинами, который всплывает, когда электролит при заряде достигает определенной плотности. Эта величина соответствует минимальной степени заряженности (62-64% от номинального значения), при которой индикатор начинает давать информацию о работоспособности аккумуляторной батареи в пусковом режиме. Последующее увеличение плотности электролита (до 100 % заряда) не меняет показания индикатора, что является недостатком данного приспособления. В случаях понижения уровня электролита до оголения пластин, информация индикатора о состоянии заряженности батареи прекращается. При работающем индикаторе его информация относится только к одной из шести банок (ячеек) аккумуляторной батареи. В тех случаях, когда появляется дефект в другой банке, где нет индикатора, информация индикатора становится бесполезной, не отражающей общее состояние (работоспособность) аккумуляторной батареи. Использование индикатора дает полезную информацию о состоянии батареи в тех случаях, когда она не содержит дефекта производственного характера.


     

    Рис.1 Индикатор заряженности аккумулятора: 

    а) зелёный, батарея заряжена полностью 100%;

    б) чёрный, батарея заряжена на 50%, требуется подзарядка;

    в) белый, батарея непригодна для использования.

    Герметизированные автомобильные аккумуляторы с иммобилизованным электролитом

    Создание полностью необслуживаемого автомобильного аккумулятора свинцово-кислотной системы становится возможным, если его конструкцию поменять таким образом, чтобы связать выделяющийся на положительном электроде кислород на поверхности отрицательного электрода (реализация кислородного цикла). Для этого емкость отрицательных электродов в аккумуляторе должна быть на несколько процентов больше емкости положительных. Тогда в ходе заряда положительные электроды полностью зарядятся раньше, чем отрицательные. Благодаря этому активное выделение кислорода на положительном электроде начнется до начала активного выделения водорода на отрицательном. Образующийся кислород вступает в химическое взаимодействие с активной массой отрицательного электрода. Для увеличения скорости поступления кислорода от положительного электрода к отрицательному, необходимо ограничение объема свободного электролита. Поэтому для производства герметизированных батарей разработаны способы связывания жидкого электролита:
    • создание загущенного (гелеобразного) электролита;
    • адсорбция жидкого электролита в сепараторах с высокой объемной пористостью.

    Искусственное ограничение емкости положительных электродов и объема электролита ведут к тому, что емкость герметизированных свинцовых гелевых  аккумуляторов с иммобилизованным электролитом на 15-20% меньше, чем батарей со свободным электролитом таково же объема и массы.

    В качестве загустителя для создания гелеобразного электролита применяют силикагель, аллюмогель и другие вещества. При смачивании серной кислотой эти вещества образуют тиксотропный гель. В качестве сепараторов в подавляющем большинстве герметизированных аккумуляторов используют стекломаты из ультратонких волокон. Объемная пористость современных стеклосепараторов достигает 80-85%. Благодаря этому их применяют не только для батарей с гелеобразным электролитом, но и для аккумуляторов с адсорбированным жидким электролитом. В последнем случае технология производства немного дешевле, но емкостные показатели хуже, чем у автомобильных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Это обусловлено еще большим снижением количества электролита в аккумуляторе.

    Свинцовые аккумуляторные батареи с иммобилизованным электролитом являются герметизированными, но не являются герметичными как, например, никель-кадмиевые герметичные аккумуляторы. Во всех свинцовых герметизированных аккумуляторах есть предохранительный клапан. Он служит для того, чтобы давление внутри аккумулятора не превышало величины, которая является допустимой по условиям работоспособности и прочности корпусных деталей аккумулятора. Дело в том, что, несмотря на используемые ограничения емкости положительных электродов, выделение водорода на отрицательном электроде в процессе заряда, особенно на завершающей стадии, полностью подавить невозможно. Причем скорость его выделения в конце заряда несколько выше, чем скорость выделения кислорода. Избыточная часть водорода вызывает увеличение давления внутри аккумулятора, для ограничения которого и служит клапан.

    Нормальная эксплуатация герметизированных свинцовых автомобильных аккумуляторов возможна при соблюдении гораздо более жесткого диапазона регулирования зарядного напряжения, чем при эксплуатации необслуживаемых аккумуляторов с жидким электролитом (даже не имеющих отверстий для доливки воды). Максимальная величина зарядного напряжения для автомобильных аккумуляторных батарей с загущенным (гелеобразным) и адсорбированным электролитом зависит от рекомендаций производителя (ориентировочно для гелеобразных 14,35В, а для адсорбированных 14,4В). В случае превышения величины рекомендованной производителем на 0,05В скорость газовыделения становится так велика, что ведет к нарушению контакта активной массы электродов с электролитом, а также к высыханию аккумулятора, в результате чего батарея утрачивает работоспособность.

    Весьма жесткие ограничения величины зарядного напряжения, наряду с гораздо более высокой стоимостью герметизированных автомобильных аккумуляторных батарей в сравнении с необслуживаемыми, создают определенные трудности для их широкого использования на автомобилях.

    Емкость аккумулятора

    Емкость аккумулятора — это количество электричества, полученное от аккумулятора при его разряде до определенного конечного напряжения. В практических расчетах емкость аккумулятора принято выражать в ампер-часах (А•ч). Разрядную емкость Cp можно рассчитать, умножив силу разрядного тока Ip на продолжительность разряда Tp (при условии, что Ip остается постоянной)

    Cp=Ip•Tp

    Разрядная емкость, на которую рассчитан аккумулятор и которая указывается изготовителем, называется номинальной емкостью. Кроме нее, важным показателем является также емкость, сообщаемая аккумуляторной батарее при заряде, которая вычисляется по формуле (при Iз = const):

    Cз = Iз • Tз

    Разрядная емкость аккумулятора зависит от целого ряда конструктивных и технологических параметров, а также от условий эксплуатации аккумулятора. Наиболее значимыми конструктивными параметрами являются количество активной массы и электролита, толщина и геометрические размеры аккумуляторных электродов. Главными технологическими параметрами, влияющими на емкость аккумулятора, являются рецептура активных материалов и их пористость. Эксплуатационные параметры — температура электролита и сила разрядного тока — также оказывают существенное влияние на разрядную емкость.

    Обобщенным показателем, характеризующим эффективность работы аккумулятора, является коэффициент использования активных материалов Θ,%:

    Θ = (Cp / Co) • 100%

    где Cp — емкость аккумулятора, полученная при его разряде, А•ч; Co — теоретическая емкость того же аккумулятора, рассчитанная по электрохимическим эквивалентам, А•ч.

    Для получения емкости в 1 А•ч, по закону Фарадея, теоретически необходимо 4,462г двуокиси свинца PbO2, 3,865г губчатого свинца Pb и 3,659г серной кислоты h3SO4. Теоретический удельный расход активных масс электродов и серной кислоты, после суммирования получается 11,986 г/А•ч. Однако на практике нереально достигнуть полного использования активных материалов, принимающих участие в токообразующем процессе. Примерно половина поверхности активной массы недоступна для электролита, так как является основой для создания объемного пористого каркаса, обеспечивающего механическую прочность материала. Вследствие этого реальный коэффициент использования активных масс положительного электрода составляет 45-55%, а отрицательного 50-65%. Кроме этого, в качестве электролита используется 35-38%-ый раствор серной кислоты. Таким образом величина реального удельного расхода материалов существенно выше, а реальные значения удельной емкости и удельной энергии существенно ниже, чем теоретические.

    На уровень использования активной массы, а следовательно, и на величину разрядной емкости оказывают влияние следующие основные факторы.

    Пористость активной массы. С повышением пористости улучшаются условия диффузии электролита в глубину активной массы электрода и возрастает истинная поверхность, на которой протекает токообразующая реакция. С увеличением пористости повышается разрядная емкость. Величина пористости зависит от размеров частиц свинцового порошка и рецептуры приготовления активных масс, а также от используемых добавок. Причем повышение пористости ведет к уменьшению долговечности вследствие ускорения процесса деструкции высокопористых активных масс. Поэтому уровень пористости выбирается производителями с учетом не только высоких емкостных характеристик, но и обеспечения требуемой долговечности батареи в эксплуатации. Сейчас оптимальной считается пористость в пределах 46-60%, в зависимости от предназначения аккумулятора.

    Толщина электродов. С понижением толщины снижается неравномерность нагруженности внешних и внутренних слоев активной массы электрода, что способствует повышению разрядной емкости. У более толстых электродов внутренние слои активной массы используются очень незначительно, в особенности при разряде большими токами.

    Пористость материала сепаратора. С возрастанием пористости сепаратора и высоты его ребер повышается запас электролита в межэлектродном зазоре и улучшаются условия его диффузии.

    Концентрация электролита. При повышении концентрации серной кислоты емкость положительных электродов повышается, а емкость отрицательных, особенно при отрицательной температуре, снижается вследствие ускорения пассивации поверхности электрода. Повышенная концентрация также отрицательно сказывается на сроке службы аккумулятора вследствие ускорения коррозионных реакций на положительном электроде. Поэтому оптимальная концентрация электролита устанавливается исходя из совокупности требований и условий, в которых эксплуатируются аккумуляторы. Так, например, для стартерных аккумуляторов, работающих в умеренном климате, рекомендована рабочая концентрация при которой плотность электролита равна 1,26-1,28 г/см3, а для районов с жарким (тропическим) климатом плотность электролита должна быть 1,22-1,24 г/см3.

    Сила разрядного тока. Режимы разряда условно разделяют на длительные и короткие. При длительных режимах, разряд совершается малыми токами в ходе нескольких часов. Например, 5-, 10- и 20-часовой разряды. При коротких или стартерных разрядах сила тока в несколько раз больше номинальной емкости аккумулятора, а разряд продолжается несколько минут или секунд. При повышении разрядного тока скорость разряда поверхностных слоев активной массы возрастает в большей степени, чем глубинных. В результате рост сернокислого свинца в устьях пор происходит быстрее, чем в глубине, и пора закупоривается сульфатом раньше, чем успевает прореагировать ее внутренняя поверхность. Вследствие прекращения диффузии электролита внутрь поры реакция в ней прекращается. Следственно, чем больше разрядный ток, тем ниже емкость аккумулятора, а следовательно, и коэффициент использования активной массы. Так, например, при разряде батареи емкостью 55 А•ч током 2,75 А при температуре электролита +25 °С ее емкость составляет C20=55÷60А•ч, а при разряде током 255А (4,6C20) емкость уменьшается более чем в 2 раза и составляет всего 22А•ч. Для оценки пусковых качеств автомобильных аккумуляторов, их емкость характеризуется также количеством прерывистых стартерных разрядов (например, длительностью 10-15с с паузами между ними по 60с). Емкость, которую отдает батарея при прерывистых разрядах, превосходит емкость при непрерывном разряде тем же током, в особенности при стартерном режиме разряда (Ip = 2÷5 C20). В настоящее время в международной практике оценки емкостных характеристик стартерных аккумуляторов используется понятие «резервная» емкость. Она характеризует время разряда батареи (в минутах) при силе разрядного тока 25А независимо от номинальной емкости аккумуляторной батареи. По усмотрению изготовителя допускается устанавливать величину номинальной емкости при 20-часовом режиме разряда в ампер-часах или по резервной емкости в минутах.

    Температура электролита. С понижением температуры разрядная емкость аккумуляторов понижается. Причина этого — повышение вязкости электролита и его электрического сопротивления, что замедляет скорость диффузии электролита в поры активной массы. Зависимость времени разряда Тр автомобильных аккумуляторов от силы разрядного тока Iр при различных температурах от +25 °С до -30 °С приведена на рисунке 2 (для различных аккумуляторов значения могут отличаться).


     

    Рис.2 Зависимость продолжительности разряда необслуживаемой аккумуляторной батареи от силы тока при различных температурах:
    1 — (+25°C), 2 — (0°C), 3 — (-18°С), 4 — (-30°С)

    Зарядка автомобильного аккумулятора

    Зарядка аккумулятора при постоянном токе

    При подобном заряде сила тока в ходе всего времени заряда должна оставаться постоянной. Для этого в ходе заряда надо менять напряжение зарядного устройства или сопротивление цепи. Имеется несколько методов регулирования силы зарядного тока. Основные из них:
    • подключение в зарядную цепь реостата;
    • использование регуляторов силы тока (например, тиристорных), которые периодическим включением и выключением дополнительного сопротивления в цепи заряда изменяют силу тока таким образом, чтобы его среднее значение сохранялось постоянным;
    • изменение напряжения источника тока ручным или автоматическим регулятором в соответствии с показаниями силы тока, корректируя его до требуемого постоянного значения.

    Большинство выпрямительных приборов, предназначенных для заряда, питается от сети переменного тока и имеет или ступенчатую, или плавную регулировку напряжения за счет изменения коэффициента трансформации. Вследствие этого в процессе заряда приходится периодически вручную регулировать напряжение.

    Коэффициент полезного действия заряда при комнатной температуре для исправных батарей может быть принят равным 85-95% при токе заряда не более 0,1С20

    Коэффициент использования тока зависит от силы зарядного тока, уровня заряженности батареи и температуры электролита. Он будет тем меньше, чем больше зарядный ток, чем выше уровень заряженности и чем ниже температура электролита. При зарядке полностью разряженных батарей при комнатной температуре, процесс заряда в начальный момент идет с наибольшим коэффициентом использования тока. Увеличение степени заряженности и повышение поляризации ведут к повышению суммарного внутреннего сопротивления батареи и повышению потерь энергии на нагрев электролита, электродов и прочих компонентов батареи. Кроме того, на финальной стадии заряда аккумуляторов начинается вторичный процесс — электролиз воды, входящей в состав электролита.

    Выделяющийся при электролизе воды газ создает видимость кипения электролита, что свидетельствует об окончании процесса зарядки аккумуляторов. Для снижения потерь энергии при зарядке, уменьшения нагрева батареи и предохранения уровня электролита от чрезмерного снижения, рекомендуется в конце процесса заряда понижать силу зарядного тока.

    При зарядке постоянным током наиболее распространенным является режим, который состоит из двух стадий. Первая стадия заряда производится при токе равном 0,1С20 до тех пор, пока напряжение на батарее 12 В не достигнет 14,4 В (2,4В на каждом аккумуляторе). Затем сила зарядного тока уменьшается вдвое до величины 0,05С20. Зарядка при такой силе тока длится до неизменности напряжения и плотности электролита в аккумуляторах в течение 2ч. При этом в конце заряда происходит бурное выделение газа («кипение» электролита).

    В ходе зарядки аккумуляторов с гелиевым или адсорбированным электролитом следует четко следовать рекомендациям производителя. В противном случаи малейшее отклонение от оптимального режима может привести к порче аккумулятора.

    Уменьшенная сила тока в конце заряда позволяет снизить скорость газовыделения, уменьшить влияние перегрева на последующую работоспособность и срок службы батареи, а также обеспечить полноту заряда.

    Уравнительная зарядка аккумуляторов. Такая зарядка производится при постоянной силе тока менее 0,1 от номинальной емкости в течение немного большего времени, чем обычно. Его цель — обеспечить полное восстановление активных масс во всех электродах всех аккумуляторов батареи. Уравнительный заряд нейтрализует влияние глубоких разрядов и рекомендуется как мера, устраняющая нарастающую сульфатацию электродов. Зарядка длится до тех пор, пока во всех аккумуляторах батареи не будет наблюдаться постоянство плотности электролита и напряжения на протяжении трех часов.

    Форсированная зарядка аккумуляторов. В случаи потребности в короткое время восстановить работоспособность глубоко разряженной аккумуляторной батареи, используют так называемую форсированную зарядку. Такая зарядка может производиться токами величиной до 70% от номинальной емкости, но на протяжении более короткого времени. Время заряда тем меньше, чем больше величина зарядного тока. Практически при заряде током 0,7С20 длительность зарядки не должна быть более 30 мин, при 0,5С20 — 45 мин, а при 0,3С20 — 90 мин. В ходе форсированного заряда нужно контролировать температуру электролита, и при достижении 45 °С прекращать зарядку.

    Нужно отметить, что использование форсированного заряда должно быть исключением, так как его регулярное многократное повторение для одной и той же батареи, заметно укорачивает срок ее службы.

    Зарядка автомобильного аккумулятора при постоянном напряжении

    При этом методе, в течение всего времени заряда напряжение зарядного устройства остается постоянным. Зарядный ток убывает в ходе заряда по причине повышения внутреннего сопротивления батареи. В первый момент после включения, сила зарядного тока определяется следующими факторами: выходным напряжением источника питания, уровнем заряженности батареи и числом последовательно включенных батарей, а также температурой электролита батарей. Сила зарядного тока в первоначальный момент заряда может достигать (1,0-1,5)С20.

    Для исправных, но разряженных автомобильных аккумуляторов такие токи не принесут вредных последствий. Несмотря на большие токи в первоначальный момент зарядного процесса, общая длительность полного заряда аккумуляторных батарей приблизительно соответствует режиму при постоянстве тока. Дело в том, что завершающий этап заряда при постоянстве напряжения происходит при достаточно малой силе тока. Однако, заряд по такой методике в ряде случаев предпочтителен, так как он обеспечивает более быстрое доведение батареи до состояния, позволяющего обеспечить пуск двигателя. Кроме того, сообщаемая на первоначальном этапе заряда энергия тратится преимущественно на основной зарядный процесс, то есть на восстановление активной массы электродов. При этом реакция газообразования в аккумуляторе еще не возможна.

    Итак, зарядка при постоянстве напряжения позволяет ускорять процесс заряда аккумуляторов при подготовке к использованию.

    Модифицированный заряд. Такой заряд представляет собой некоторое приближение к заряду при постоянном напряжении. Его цель — немного уменьшить силу тока в начальный период заряда и понизить влияние колебания напряжения в сети на зарядный ток. Для этого последовательно с аккумуляторной батареей в электрическую цепь подключают резистор небольшого сопротивления. Такой прием известен под названием — «способ с полупостоянным напряжением». При использовании этого метода напряжение на клеммах зарядного устройства поддерживается постоянным в пределах от 2,5 до 3,0В на один аккумулятор. Считается, что для свинцовых аккумуляторов наилучшим является напряжение 2,6В на аккумулятор, обеспечивающее заряд ориентировочно за 8ч.

    Постоянная подзарядка наиболее применима для стационарных аккумуляторов. Напряжение постоянной подзарядки выбирается в зависимости от конструкции аккумуляторов и срока службы с целью полной компенсации потери емкости от саморазряда. Для поддержания аккумуляторов с низким саморазрядом, лучше использовать периодические подзарядки. Режим подзарядки определяется условиями эксплуатации, типом и степенью изношенности аккумулятора. Основным недостатком режима постоянной подзарядки является параллельное протекание вторичного процесса, что способствует преждевременному ухудшению характеристик аккумуляторов.

    Саморазряд автомобильного аккумулятора

    Саморазрядом называют уменьшение емкости аккумуляторов при разомкнутой внешней цепи, то есть при бездействии. Это явление вызвано окислительно-восстановительными реакциями, самопроизвольно проходящими как на отрицательном, так и на положительном электродах. Саморазряду в особенности подвержен отрицательный электрод вследствие самопроизвольного растворения свинца (отрицательной активной массы) в растворе серной кислоты по реакции:

    Pb + h3SO4 → PbSO4 + h3↑.

    Саморазряд отрицательного электрода сопровождается выделением газообразного водорода. Скорость самопроизвольного растворения свинца существенно повышается с увеличением концентрации серной кислоты. Повышение плотности электролита с 1,27 до 1,32 г/см3 ведет к росту скорости саморазряда отрицательного электрода на 40%.

    Присутствие примесей разных металлов на поверхности отрицательного электрода оказывает весьма существенное влияние (каталитическое) на рост скорости саморастворения свинца (вследствие понижения перенапряжения выделения водорода). Практически все металлы, встречающиеся в виде примесей в аккумуляторном сырье, электролите и сепараторах, способствуют увеличению саморазряда. Попадая на поверхность отрицательного электрода, они облегчают условия выделения водорода. Часть примесей (соли металлов с переменной валентностью) действуют как переносчики зарядов с одного электрода на другой. В таком случае ионы металлов восстанавливаются на отрицательном электроде и окисляются на положительном (такой механизм саморазряда приписывают ионам железа).

    Саморазряд положительного активного материала обусловлен протеканием реакции:

    2PbO2 + 2h3SO4 → PbSO4 + 2h3O + O2↑.

    Скорость данной реакции также увеличивается с ростом концентрации электролита. Скорость саморазряда положительного активного материала в несколько раз ниже скорости саморазряда отрицательного активного материала.

    Еще одной причиной саморазряда положительного электрода является разность потенциалов материала токоотвода и активной массы этого электрода. Возникающий вследствие этой разности потенциалов гальванический микроэлемент превращает, при протекании тока, свинец токоотвода и двуокись свинца положительной активной массы в сульфат свинца.

    Саморазряд может возникать также, когда аккумулятор снаружи загрязнен или залит электролитом, водой или другими жидкостями, которые создают возможность разряда через электропроводную пленку, находящуюся между полюсными выводами аккумулятора или его перемычками. Этот тип саморазряда не отличается от обычного разряда очень малыми токами при замкнутой внешней цепи и легко устраняется. Для этого необходимо содержать поверхность автомобильного аккумулятора в чистоте.

    Саморазряд аккумуляторов в значительной мере зависит от температуры электролита. Эта зависимость показана на рисунке 3, где видно, что с уменьшением температуры саморазряд понижается. При температуре ниже 0°С у новых аккумуляторных батарей он практически прекращается. Поэтому хранить автомобильные аккумуляторы рекомендуется в заряженном состоянии при низких температурах (до -30 °С). Из рисунка также видно, что в течении эксплуатации саморазряд не остается постоянным и резко усиливается к концу срока службы.

    Рис.3 Среднесуточный саморазряд необслуживаемой аккумуляторной батареи за три месяца в зависимости от температуры и продолжительности эксплуатации (содержание Sb — 2,5%):
    1 — новый аккумулятор, 2 — аккумулятор после среднего срока эксплуатации, 3 — аккумулятор в конце срока службы

    Понижение саморазряда возможно за счет использования наиболее чистых материалов для производства аккумуляторов; за счет уменьшения количественного содержание легирующих элементов в аккумуляторных сплавах; за счет использования только чистой серной кислоты и дистиллированной воды (или близкой к ней по чистоте при других методах очистки) для получения всех электролитов, как при производстве, так и при эксплуатации. Например, благодаря понижению содержания сурьмы в сплаве токоотводов с 5% до 2% и использованию дистиллированной воды для всех технологических электролитов, среднесуточный саморазряд уменьшается в 4 раза. Замена сурьмы на кальций позволяет еще больше уменьшить скорость саморазряда (рисунок 4). Снижению скорости саморазряда могут также способствовать добавки органических ингибиторов саморазряда.

    Рис.4 Изменение уровня заряженности автомобильных аккумуляторов различных конструкций при хранении:
      1 — аккумуляторы со свинцово-кальциевыми сплавами, 2 — гибридные аккумуляторы, 3 — аккумуляторы с малосурьмянистыми сплавами, 4 — аккумуляторы традиционного исполнения 

    Аккумуляторы технология AGM

    AGM — аббревиатура от Absorbent Glass Mat — стекловолоконистый материал, выполняющий двойную функцию: резервуара для электролита и одновременно сепаратора, электрически разделяющего положительную и отрицательную пластины.

    В аккумуляторах AGM применяется жидкий электролит. Весь электролит полностью впитан в сепаратор. В свободном состоянии электролит внутри аккумулятора отсутствует.

    Конструкция аккумуляторов AGM обеспечивает высокие значения мощности разряда в расчете на единицу объема. Данный факт определяется типом применяемых пластин, их плотной упаковкой и относительно малым количеством электролита. Указанная особенность аккумуляторов AGM позволяет размещать мощные аккумуляторные батареи в условиях ограниченного пространства, что является особенно актуальным при оснащении автомобиля дополнительными системами электрооборудования.

    Как правильно заряжать аккумулятор автомобиля

    Обновлено: 03.08.2020 15:33:01

    В подавляющем большинстве случаев автомобильный аккумулятор заряжается во время езды. Однако бывают исключения из правила. Например, он может разрядиться после длительного простоя машины в гараже. Или же после того, как вы случайно забыли выключить фары. Словом, после этого приходится заряжать аккумулятор автомобиля вручную. Как же это сделать?

    Строение аккумулятора

    Вряд ли сейчас у кого-то возникают проблемы с подзарядкой смартфона. Но ведь там тоже используется аккумулятор, как и под капотом автомобиля? Да, но он создан по совсем другой технологии. В машину обычно устанавливают свинцово-кислотная АКБ. Её срок службы — заметно дольше. Но платить за это приходится несколькими неудобствами.

    Автомобильный аккумулятор работает по принципу химической реакции свинцовых пластин с электролитом. В её результате вырабатывается электричество. Однако постепенно электролит выкипает, а пластины начинают разрушаться. Из-за этого рабочая ёмкость АКБ снижается. Если он служит владельцу машины не первый год, то аккумулятор может разрядиться в самый неподходящий момент. В этом случае водителю придётся ломать голову над тем, как зарядить АКБ.

    Проверка аккумулятора

    Первым делом рекомендуем проверить, в АКБ ли заключается проблема. Вам может показаться, что батарея разрядилась, а виновата может быть, допустим, проводка. Для проверки используются несколько способов.

    Многие аккумуляторы обладают собственным индикатором заряда. Некоторые автомобилисты принимают его за зеленый светодиод. На самом же деле это шарик-поплавок, двигающийся в прозрачной колбе. Если аккумулятор имеет высокий уровень плотности электролита, шарик поднимается вверх, в результате чего вы увидите зеленый индикатор. Если же аккумулятор разряжен, поплавка не видно.

    Другой способ проверки заряда заключается в использовании мультиметра. Подойдет даже самая дешевая модель. С помощью такого устройства измеряется напряжение на клеммах. Если АКБ заряжена, то напряжение должно составлять как минимум 12,6 В. Если же этот параметр равняется 12,42 В, аккумулятор заряжен на 80%. 12,2 В говорят о 60-процентном уровне заряда. Ну а 10,5 В свидетельствуют о том, что АКБ разрядилась.

    Ещё автомобильный аккумулятор можно проверить нагрузочной вилкой. Её отличительной чертой являются показания о падении напряжения под нагрузкой. Это значит, что такой прибор позволит узнать о реальном уровне заряда. Купить нагрузочную вилку можно в любом магазине, торгующем автомобильными аккумуляторами.

    Думается, что вы достаточно быстро выясните, разрядилась ли ваша АКБ. Если это действительно произошло, нужно приступать к зарядке батареи.

    Подготовка аккумулятора

    Если ваша АКБ — не первой свежести, то сначала её нужно подготовить. Для этого совершите следующие операции:

    1. Снимите аккумулятор с автомобиля. Или хотя бы отключите его от бортовой сети. Для этого отсоедините его минусовой провод.

    2. Очистите клеммы от окиси и смазки. Это нужно для улучшения контакта.

    3. Желательно протереть поверхность АКБ сухой тряпкой. Также можно смочить тряпочку в кальцинированной соде или 10-процентном растворе нашатырного спирта. Это необязательный шаг, который поспособствует улучшению внешнего вида аккумулятор.

    4. Далее нужно отвернуть пробки на каждой из банок. В некоторых моделях АКБ достаточно снять заглушку. Как бы то ни было, вы должны обеспечить свободный выход паров электролита, тем самым не допустив избыточного давления внутри аккумулятора.

    5. Если вы увидите, что уровень электролита в какой-то из банок является недостаточным, следует долить дистиллированной воды — добейтесь того, чтобы жидкостью были покрыты все пластины.

    Теперь уже можно переходить к самому процессу подзарядки.

    Как зарядить автомобильный аккумулятор?

    Метод зарядки АКБ — не слишком сильно отличается от того, как мы заряжаем батарею смартфона, планшета или фотоаппарата. Отличие заключается в том, что здесь вместо единого разъема используются две клеммы. Также здесь поддерживаются два способа зарядки — они используют постоянный ток и постоянное напряжение. Первый кажется более эффективным, но при этом он подразумевает несколько этапов и повышенное внимание. Второй способ — чуть проще, но вы не сможете довести уровень заряда до 100%. Существует и комбинированный способ зарядки автомобильного аккумулятора. Но его поддерживают только весьма дорогостоящие зарядные устройства.

    Как вы уже поняли, выбор метода зависит от того, какое именно зарядное устройство имеется у вас в наличии. Если оно поддерживает зарядку постоянным током, то следуйте этой инструкции:

    1. Установите ток в 10% от номинальной ёмкости АКБ, после чего начните зарядку. Например, если батарея имеет ёмкость 60 А*ч, нужно выставить ток не более 6 А.

    2. Дождитесь того, пока напряжение на клеммах аккумулятора не достигнет 14,3-14,4 В. В этот момент нужно уменьшить ток ровно в два раза. Это снизит интенсивность кипения электролита.

    3. Когда напряжение поднимется до 15 В, вновь уменьшите ток в два раза.

    4. Продолжайте заряжать АКБ вплоть до того момента, пока значения напряжения не перестанут изменяться.

    Как вы поняли, всё очень просто. Однако вам придётся находиться неподалёку от зарядного устройства, чтобы следить за процессом. Если вас такой вариант не устраивает, то лучше приобрести зарядное устройство, поддерживающее постоянное напряжение. В этом случае вам нужно лишь выставить напряжение в пределах 14,4-14,5 В. После этого нужно лишь ждать. Но если постоянный ток подразумевает зарядку аккумулятора за десять часов, то постоянное напряжение заставит ждать вдвое большее количество времени. Также не стоит надеяться на то, что АКБ зарядится на все 100%.

    Предупреждение

    Во время зарядки аккумулятора происходит химический процесс, в ходе которого выделяется смесь водорода и кислорода. Она является взрывоопасной, поэтому рекомендуем вам следовать трём правилам:

    1. Если вы находитесь рядом, не пользуйтесь открытым огнём. Также не следует в этот момент проводить работы, во время которых образуются искры (сварка, резка металла и т. д.).

    2. Производите зарядку АКБ в хорошо проветриваемом помещении. Чем меньше пыли вокруг, тем лучше.

    3. Если вы не можете снять батарею с автомобиля, хотя бы отсоедините минусовой провод. Или даже оба.

    Если вы будете следовать этим несложным правилам, то ничего плохого точно не случится.

    Заключение

    Теперь вы поняли, что зарядка автомобильного аккумулятора своими руками — это не такое уж и сложное занятие. Если у вас имеются все нужные для этой операции инструменты, то зарядить аккумулятор можно прямо сейчас.


    Оцените статью
     

    Всего голосов: 0, рейтинг: 0

    Автомобильный аккумулятор — аккумулятор

    Товар

    В основе автомобильной революции: аккумулятор 101

    Аккумуляторная батарея, питающая электрифицированные автомобили, состоит из отдельных аккумуляторных ячеек и модулей, расположенных последовательно и параллельно.
    Ячейка — это наименьшая единица батареи, состоящая из 4 основных компонентов, включая катод, анод, электролит и сепаратор. Характеристики аккумуляторной батареи играют решающую роль в общих характеристиках электрифицированных транспортных средств.Существуют различные формы элементов, такие как призматические, цилиндрические и полимерные, и Samsung SDI предлагает призматические аккумуляторные элементы для автомобильных приложений.
    Модуль состоит из нескольких ячеек, соединенных последовательно и / или параллельно, заключенных в механическую структуру. Компактная и штабелируемая конструкция призматических аккумуляторных элементов Samsung SDI обеспечивает простую модульность элементов и идеально подходит для различных конфигураций.
    Аккумуляторная батарея собирается путем соединения нескольких модулей вместе последовательно или параллельно с датчиками и контроллерами, включая системы управления аккумулятором и системы управления температурой, а затем помещается в корпусную конструкцию в качестве конечного аккумуляторного продукта, разработанного специально для каждой модели транспортного средства.

    Призматический литий-ионный аккумуляторный модульБатарейный модульБатарейный блок

    Аккумулятор Samsung SDI разрабатывает компактные, высокопроизводительные аккумуляторные блоки, оптимизированные для установки в автомобилях, и выполняет различные проекты с мировыми производителями автомобилей.

    Легкие и прочные блоки с системами управления батареями, которые обеспечивают производительность, безопасность и долговечность элементов, имеют решающее значение для общей производительности автомобиля.Samsung SDI разработала пакетные платформы для систем высоковольтных аккумуляторных батарей и в настоящее время работает над различными проектами с мировыми производителями комплектного оборудования.

    • Аккумулятор для PHEV

      Благодаря аккумуляторным элементам с самой высокой в ​​отрасли объемной мощностью и плотностью энергии возможен больший запас хода на электроприводе — 50 км в случае автомобиля A / B-сегмента и 40 км в случае автомобиля C-сегмента. Этот продукт в настоящее время находится в разработке.

    • Аккумулятор для HEV

      Это аккумуляторная батарея с высокой плотностью мощности, высокой прочностью и легкостью. Этот аккумуляторный блок разработан для работы в самых жестких условиях влажности и запыленности, с уровнем защиты IP 54 и имеет оптимизированный путь воздушного потока, что приводит к минимальным колебаниям температуры между элементами аккумуляторной батареи.

    • Двойной блок 12 В для Micro HEV

      Компания Samsung SDI разработала литий-ионную аккумуляторную батарею, которая еще больше увеличивает топливную экономичность транспортных средств, оборудованных системами остановки / запуска.Этот новый аккумуляторный блок позволяет системе остановки / запуска использовать больше энергии рекуперации, чем существующие в настоящее время традиционные системы, в которых используется одна свинцово-кислотная батарея.

    • Аккумулятор для BEV

      Наиболее важной целью разработки аккумуляторных батарей является не только снижение стоимости, но и увеличение плотности энергии, что означает увеличение дальности действия BEV или уменьшение объема и веса батареи.Компактные и легкие модули с призматическими литий-ионными ячейками гарантируют оптимизацию места для установки в BEV.

    • Аккумулятор для PHEV

      Приложение Plug-in Hybrid Electric Vehicle требует мощной системы хранения энергии в сочетании с оптимизированной плотностью энергии на постоянном уровне в течение длительного срока службы. Система накопления энергии основана на высокомощном литий-ионном никель-кобальт-марганцевом элементе (NCM) с низким сопротивлением в стандартном формате VDA, который встроен в модульную структуру.Система накопления энергии PHEV, оснащенная компактной интегрированной системой жидкостного охлаждения, отличается высокой энергоемкостью и легкостью.

    • Аккумулятор для HEV Для гибридных автомобилей

      требуются аккумуляторные системы с наивысшей удельной мощностью для поглощения и высвобождения энергии в высокодинамичном режиме во время режима движения, а также в режиме рекуперации.
      Гибридные концепции направлены на сокращение выбросов CO2 и вредных выбросов.Полно-гибридные автомобили предлагают дополнительный электрический диапазон на короткие расстояния.

    • Аккумулятор для HEV (автобусы и грузовики)

      Конструкция аккумуляторной батареи для коммерческого транспорта рассчитана на максимальную рекуперативную способность и самый долгий срок службы. Гибридные концепции направлены на сокращение выбросов CO2 и вредных выбросов.
      Прочная механическая конструкция и сложное охлаждение были разработаны для использования в конкретных коммерческих транспортных средствах (механические нагрузки, циклы высоких нагрузок).

    Шведские исследователи разрабатывают новую конструктивную аккумуляторную батарею для электромобилей

    Иллюстрация: Университет Чалмерса, Маппетс, Джейсон Торчинский

    Электромобили тяжелые. Это ни для кого не новость, но разработчики электромобилей по-прежнему борются с этим. Они такие тяжелые, потому что тяжелые батареи. Например, батареи в Tesla Model S составляют почти четверть всего веса автомобиля. Это много.Попытки снизить вес батареи за счет создания батарей, которые также являются частью конструкции автомобиля, являются многообещающей концепцией, и команда шведских исследователей, похоже, добилась здесь большого прогресса, разработав конструктивную систему батарей, в которой используется анод из углеродного волокна.

    Tesla также разрабатывает структурные аккумуляторные блоки, но метод, который они используют, по-прежнему требует отдельных цилиндрических аккумуляторных элементов, удерживаемых на месте матрицей, которая также обеспечивает структурную поддержку как часть рамы автомобиля.

    По сути, метод Теслы просто встраивает цилиндрические аккумуляторные элементы в корпуса, которые также являются частью рамы автомобиля. Это хороший подход, но шведская команда из Технологического университета Чалмерса (не имеющая отношения к суперинтенданту) во главе с профессором Лейфом Аспом (не имеющим отношения к змее) развивает эту концепцию дальше, делая каждый компонент самой батареи из конструкционные материалы.

    Вот что они создают:

    … мы предлагаем конструкционный композитный материал аккумуляторной батареи, изготовленный из компонентов многофункционального материала, и демонстрируем его многофункциональность.Конструкционный композитный аккумулятор состоит из отрицательного электрода CF и положительного электрода на алюминиевой пленке, разделенных сепаратором GF в матричном материале SBE.

    G / O Media может получить комиссию

    Чтобы немного приглушить, отрицательная клемма батареи сделана из углеродного волокна, а положительная клемма — из алюминиевой фольги, покрытой фосфатом лития-железа, и есть стекловолоконный сепаратор, который находится в матрице структурного электролита батареи.

    Иллюстрация: Университет Чалмерса

    Практически каждая часть этой батареи способна выдерживать структурные нагрузки, а не какой-нибудь ленивый, самозагружающийся цилиндрический элемент, просто дремлющий в некой структурной матрице, которая выполняет всю работу.

    Команда разработала структурные аккумуляторные элементы, обеспечивающие 2,8 В, и рассчитала плотность энергии аккумуляторов примерно на уровне 23,6 Втч на килограмм. Хотя это меньше, чем 380 Втч на килограмм, которые используют 4680 элементов, которые использует Tesla, вы должны иметь в виду, что эти батареи не потребуют дополнительного веса конструкции, поэтому автомобиль, построенный с таким типом энергосберегающей рамы, вероятно, будет имеют общую плотность энергии намного лучше, чем при использовании традиционных аккумуляторных элементов.

    Вся статья здесь, если вам интересно.Вроде очень впечатляюще.

    Потенциал создания гораздо более легких электромобилей и даже самолетов со структурными батареями очень интересен и имеет некоторые реальные перспективы, но он также связан с очень серьезной, я думаю, проблемой: срок службы автомобиля теперь полностью зависит от аккумулятор.

    В то время как современные электромобили, как правило, не делают замену батарей легкой, удобной или даже доступной, по-прежнему существует возможных , и от этого будет полностью отказаться, если вся структура автомобиля состоит из аккумулятора.

    Это более эффективный дизайн, конечно, и он действительно может помочь с дальностью и эффективностью, но с точки зрения потребителя я не уверен, что это лучший способ, поскольку я все еще считаю, что замена батареи — лучший долгосрочный подход. .

    Мои опасения по поводу этого в стороне, это абсолютно важное событие, и оно должно привести к лучшему дизайну электромобилей многих видов.

    Аккумуляторы для гибридных и сменных электромобилей

    В большинстве подключаемых к электросети гибридов и полностью электрических транспортных средств используются подобные литий-ионные батареи.

    Системы накопления энергии, обычно аккумуляторы, необходимы для гибридных электромобилей (HEV), гибридных электромобилей (PHEV) и полностью электрических транспортных средств (EV).

    Типы систем хранения энергии

    Следующие системы хранения энергии используются в HEV, PHEV и электромобилях.

    Литий-ионные батареи

    Литий-ионные батареи

    в настоящее время используются в большинстве портативных бытовых электронных устройств, таких как сотовые телефоны и ноутбуки, из-за их высокой энергии на единицу массы по сравнению с другими системами хранения электроэнергии.Они также обладают высоким удельным весом, высокой энергоэффективностью, хорошими высокотемпературными характеристиками и низким саморазрядом. Большинство компонентов литий-ионных аккумуляторов можно переработать, но стоимость рекуперации материалов остается проблемой для отрасли. Министерство энергетики США также поддерживает Премию за переработку литий-ионных аккумуляторов, чтобы найти решения для сбора, сортировки, хранения и транспортировки использованных и выброшенных литий-ионных аккумуляторов для последующей переработки и восстановления материалов.В большинстве современных PHEV и электромобилей используются литий-ионные батареи, хотя точный химический состав часто отличается от химического состава батарей для бытовой электроники. Продолжаются исследования и разработки, направленные на снижение их относительно высокой стоимости, продление их срока службы и решение проблем безопасности в отношении перегрева.

    Никель-металлогидридные батареи

    Никель-металлогидридные батареи, обычно используемые в компьютерном и медицинском оборудовании, предлагают разумную удельную энергию и удельные мощности.Никель-металлогидридные батареи имеют гораздо более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные, и безопасны и устойчивы к неправильному обращению. Эти батареи широко используются в HEV. Основными проблемами никель-металлгидридных батарей являются их высокая стоимость, высокий саморазряд и тепловыделение при высоких температурах, а также необходимость контролировать потери водорода.

    Свинцово-кислотные батареи

    Свинцово-кислотные аккумуляторы

    могут быть разработаны с учетом высокой мощности, при этом они недороги, безопасны и надежны. Однако низкая удельная энергия, плохие характеристики при низких температурах, а также короткий календарный и циклический срок службы препятствуют их использованию.В настоящее время разрабатываются современные высокомощные свинцово-кислотные батареи, но эти батареи используются только в коммерчески доступных транспортных средствах с электрическим приводом для вспомогательных нагрузок.

    Суперконденсаторы

    Ультраконденсаторы накапливают энергию в поляризованной жидкости между электродом и электролитом. Емкость накопления энергии увеличивается с увеличением площади поверхности жидкости. Ультраконденсаторы могут обеспечить транспортным средствам дополнительную мощность во время разгона и подъема на холм, а также помочь восстановить энергию торможения.Они также могут быть полезны в качестве вторичных накопителей энергии в транспортных средствах с электрическим приводом, поскольку помогают электрохимическим аккумуляторам выравнивать мощность нагрузки.

    Утилизация аккумуляторов

    Транспортные средства с электрическим приводом являются относительно новыми для автомобильного рынка США, поэтому лишь небольшое количество из них подошло к концу своего срока полезного использования. В результате доступно немного бывших в употреблении аккумуляторов для электромобилей, что ограничивает масштабы инфраструктуры по переработке аккумуляторов. Поскольку электромобили становятся все более распространенными, рынок утилизации аккумуляторов может расшириться.

    Широко распространенная переработка аккумуляторов предотвратит попадание опасных материалов в поток отходов как в конце срока службы аккумулятора, так и во время его производства. В настоящее время ведется работа по разработке процессов утилизации аккумуляторов, которые минимизируют воздействие на жизненный цикл литий-ионных и других типов аккумуляторов в транспортных средствах. Но не все процессы переработки одинаковы:

    • Плавка : В процессе плавки восстанавливаются основные элементы или соли. Эти процессы в настоящее время используются в больших масштабах и могут работать с различными типами аккумуляторов, включая литий-ионные и никель-металлгидридные.Плавка происходит при высоких температурах, и органические материалы, включая электролит и угольные аноды, сжигаются в качестве топлива или восстановителя. Ценные металлы извлекаются и отправляются на аффинаж, чтобы продукт был пригоден для любого использования. Остальные материалы, в том числе литий, содержатся в шлаке, который теперь используется в качестве добавки в бетон.
    • Прямое восстановление : С другой стороны, некоторые процессы рециркуляции напрямую восстанавливают материалы, пригодные для аккумуляторов. Компоненты разделяются различными физическими и химическими процессами, и все активные материалы и металлы могут быть восстановлены.Прямое восстановление — это низкотемпературный процесс с минимальными энергозатратами.
    • Промежуточные процессы : Третий тип процесса находится между двумя крайностями. В таких процессах можно использовать несколько типов батарей, в отличие от прямого восстановления, но извлекать материалы дальше по производственной цепочке, чем при плавке.

    Разделение различных материалов аккумуляторных батарей часто является камнем преткновения при извлечении ценных материалов. Таким образом, конструкция аккумуляторной батареи, учитывающая разборку и переработку, важна для успеха электромобилей с точки зрения устойчивости.Стандартизация батарей, материалов и конструкции элементов также упростит переработку и сделает ее более рентабельной.

    См. Отчет: «Технико-экономическая целесообразность использования отработанных аккумуляторов электромобилей в стационарных установках».

    Дополнительная информация

    Узнайте больше о исследованиях и разработках аккумуляторов на страницах Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, посвященных хранению энергии, и на странице Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.

    17.5 Батареи и топливные элементы — Химия

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Батареи классифицируются как первичные или вторичные
    • Перечислите некоторые характеристики и ограничения аккумуляторов
    • Дайте общее описание топливного элемента

    Батарея — это электрохимический элемент или серия элементов, вырабатывающих электрический ток. В принципе, в качестве аккумулятора можно использовать любой гальванический элемент.Идеальная батарея никогда не разряжалась бы, не вырабатывала постоянного напряжения и была способна выдерживать экстремальные температуры и влажность окружающей среды. Настоящие аккумуляторы обеспечивают баланс между идеальными характеристиками и практическими ограничениями. Например, масса автомобильного аккумулятора составляет около 18 кг или около 1% от массы среднего автомобиля или малотоннажного грузовика. Этот тип батареи будет обеспечивать почти неограниченное количество энергии, если используется в смартфоне, но будет отклонен для этого приложения из-за своей массы. Таким образом, ни одна батарея не является «лучшей», и батареи выбираются для конкретного применения с учетом таких вещей, как масса батареи, ее стоимость, надежность и текущая емкость.Батареи бывают двух основных типов: первичные и вторичные. Далее описаны несколько батарей каждого типа.



    Посетите этот сайт, чтобы узнать больше об аккумуляторах.

    Первичные батареи — это одноразовые батареи, потому что они не подлежат перезарядке. Обычной первичной батареей является сухой элемент (рис. 1). Сухой элемент представляет собой угольно-цинковую батарею. Цинк может служить как контейнером, так и отрицательным электродом. Положительный электрод представляет собой стержень из углерода, окруженный пастой из оксида марганца (IV), хлорида цинка, хлорида аммония, углеродного порошка и небольшого количества воды.{-} [/ latex] с общим потенциалом элемента, который изначально составляет около 1,5 В, но уменьшается по мере использования батареи. Важно помнить, что напряжение, подаваемое батареей, одинаково независимо от ее размера. По этой причине все батареи D, C, A, AA и AAA имеют одинаковое номинальное напряжение. Однако более крупные батареи могут доставить больше молей электронов. Поскольку цинковый контейнер окисляется, его содержимое в конечном итоге вытекает, поэтому этот тип батареи не следует оставлять в каком-либо электрическом устройстве на длительное время.

    Рис. 1. На схеме показано поперечное сечение батареи фонарика — угольно-цинкового сухого элемента.

    Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о угольно-цинковых батареях.

    Щелочные батареи (рис. 2) были разработаны в 1950-х годах отчасти для решения некоторых проблем с производительностью сухих цинк-угольных элементов. Они производятся, чтобы быть точной заменой сухих угольно-цинковых элементов. Как следует из названия, в этих типах батарей используются щелочные электролиты, часто гидроксид калия.{\ circ} = +1.43 \; \ text {V} \ end {array} [/ latex]

    Щелочная батарея может обеспечить примерно в три-пять раз больше энергии, чем угольно-цинковый сухой элемент аналогичного размера. Щелочные батареи склонны к утечке гидроксида калия, поэтому их также следует снимать с устройств для длительного хранения. Некоторые щелочные батареи можно перезаряжать, но большинство — нет. Попытки перезарядить щелочную батарею, которая не является перезаряжаемой, часто приводят к разрыву батареи и утечке электролита гидроксида калия.

    Рисунок 2. Щелочные батареи были разработаны как прямая замена угольно-цинковым (сухим) батареям.

    Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о щелочных батареях.

    Вторичные батареи перезаряжаемые. Это типы батарей, которые используются в таких устройствах, как смартфоны, электронные планшеты и автомобили.

    Никель-кадмиевые батареи или NiCd (рис. 3) состоят из никелированного катода, кадмиевого анода и электрода из гидроксида калия.{-} (aq) \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {total:} & \ text {Cd} (s) \; + \; \ text {NiO} _2 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} (l) & \ text {Cd (OH)} _ 2 (s) \; + \; \ text {Ni (OH)} _ 2 (s) \ end {array} [/ latex]

    Напряжение составляет от 1,2 В до 1,25 В по мере разряда батареи. При правильном обращении никель-кадмиевый аккумулятор можно заряжать около 1000 раз. Кадмий — это токсичный тяжелый металл, поэтому никель-кадмиевые батареи нельзя открывать или выбрасывать в обычный мусор.

    Рис. 3. В никель-кадмиевых батареях используется «желеобразная» конструкция, которая значительно увеличивает ток, который может выдать батарея, по сравнению с щелочной батареей аналогичного размера.{-} \; + \; x \; \ text {C} _6 & x \; \ text {LiC} _6 \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {total:} & \ текст {LiCoO} _2 \; + \; x \; \ text {C} _6 & \ text {Li} _ {x \; — \; 1} \ text {CoO} _2 \; + \; x \; \ текст {LiC} _6 \ end {array} [/ latex]

    С коэффициентами, представляющими моль, x составляет не более примерно 0,5 моля. Напряжение батареи составляет около 3,7 В. Литиевые батареи популярны, потому что они могут обеспечивать большой ток, легче, чем сопоставимые батареи других типов, вырабатывают почти постоянное напряжение при разряде и только медленно теряют заряд при хранении.

    Рисунок 4. В литий-ионной батарее заряд проходит между электродами, когда ионы лития перемещаются между анодом и катодом.

    Посетите этот сайт для получения дополнительной информации о литий-ионных батареях.

    Свинцово-кислотная батарея (рис. 5) — это тип аккумуляторной батареи, используемой в вашем автомобиле. Он недорогой и способен производить большой ток, необходимый для автомобильных стартеров. {- } \\ [0.{-} & \ text {PbSO} _4 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} (l) \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {общее:} & \ text {Pb} (s) \; + \; \ text {PbO} _2 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {SO} _4 (aq) & 2 \ text {PbSO} _4 (s) \; + \; 2 \ text {H} _2 \ text {O} (l) \ end {array} [/ latex]

    Каждая ячейка выдает 2 В, поэтому шесть ячеек соединены последовательно, чтобы получить 12-вольтовый автомобильный аккумулятор. Свинцово-кислотные батареи тяжелые и содержат едкий жидкий электролит, но часто по-прежнему являются предпочтительными батареями из-за их высокой плотности тока. Поскольку эти батареи содержат значительное количество свинца, их всегда следует утилизировать надлежащим образом.

    Рисунок 5. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея в вашем автомобиле состоит из шести ячеек, соединенных последовательно, чтобы обеспечить напряжение 12 В. Их низкая стоимость и высокий выходной ток делают их отличными кандидатами для питания автомобильных стартеров. {-} \\ [0.{2-} \\ [0.5em] \ hline \\ [- 0.25em] \ text {total:} & 2 \ text {H} _2 \; + \; \ text {O} _2 & 2 \ text {H } _2 \ text {O} \ end {array} [/ latex]

    Напряжение составляет около 0,9 В. КПД топливных элементов обычно составляет от 40% до 60%, что выше, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания (от 25% до 35%), и в случае водородного топливного элемента дает только вода в качестве выхлопа. В настоящее время топливные элементы довольно дороги и содержат функции, которые приводят к их выходу из строя через относительно короткое время.



    Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о топливных элементах.

    Батареи — это гальванические элементы или серия элементов, вырабатывающих электрический ток. Когда элементы объединяются в батареи, потенциал батареи является целым числом, кратным потенциалу отдельной ячейки. Батареи бывают двух основных типов: первичные и вторичные. Первичные батареи предназначены для одноразового использования и не подлежат перезарядке. Сухие элементы и (большинство) щелочные батареи являются примерами первичных батарей. Второй тип перезаряжаемый и называется вторичным аккумулятором. Примеры вторичных батарей включают никель-кадмиевые (NiCd), свинцово-кислотные и литий-ионные батареи.Топливные элементы похожи на батареи в том, что они генерируют электрический ток, но требуют постоянного добавления топлива и окислителя. Водородный топливный элемент использует водород и кислород из воздуха для производства воды и обычно более эффективен, чем двигатели внутреннего сгорания.

    Химия: упражнения в конце главы

    1. Каковы желательные качества электрической батареи?
    2. Перечислите некоторые моменты, которые обычно учитываются при выборе батареи для нового приложения.
    3. Рассмотрим батарею, состоящую из одного полуэлемента, состоящего из медного электрода в растворе 1 M CuSO 4 и другого полуэлемента, состоящего из свинцового электрода в 1 M Pb (NO 3 ) 2 раствор. {\ circ} = -0.{\ circ} = +0,53 \; \ text {V} \ end {array} [/ latex]

      Подойдет ли этот аккумулятор для смартфонов? Почему или почему нет?

    4. Почему батареи выходят из строя, а топливные элементы — нет?
    5. Объясните, что происходит с напряжением батареи при использовании батареи, используя уравнение Нернста.
    6. Используя информацию, полученную до сих пор в этой главе, объясните, почему электроника с батарейным питанием плохо работает при низких температурах.

    Глоссарий

    щелочная батарея
    первичная батарея, в которой используется щелочной (часто гидроксид калия) электролит; спроектирован так, чтобы быть точной заменой сухого элемента, но с большим накоплением энергии и меньшей утечкой электролита, чем типичный сухой элемент
    аккумулятор
    гальванический элемент или серия ячеек, вырабатывающих ток; по идее любой гальванический элемент
    сухая камера
    первичная батарея, также называемая угольно-цинковой батареей; может использоваться в любой ориентации, поскольку в качестве электролита используется паста; имеет тенденцию к утечке электролита при хранении
    топливный элемент
    устройства, вырабатывающие электрический ток при непрерывной добавке топлива и окислителя; эффективнее двигателей внутреннего сгорания
    свинцово-кислотный аккумулятор
    аккумуляторная батарея, состоящая из нескольких ячеек; свинцово-кислотная батарея, используемая в автомобилях, имеет шесть ячеек и напряжение 12 В
    литий-ионный аккумулятор
    очень популярный аккумулятор; использует ионы лития для проведения тока, легкий, перезаряжаемый и создает почти постоянный потенциал при разряде
    никель-кадмиевый аккумулятор
    Аккумулятор
    (никель-кадмиевый аккумулятор), в котором используется кадмий, который является токсичным тяжелым металлом; тяжелее литий-ионных батарей, но с аналогичными характеристиками
    первичная батарея
    одноразовый неперезаряжаемый аккумулятор
    аккумулятор
    аккумулятор с возможностью подзарядки

    Решения

    Ответы на упражнения в конце главы по химии

    2. {\ circ} = 0.{\ circ} = 0,7996 \; \ text {V} \ end {array} [/ latex]; (б) 3,5 × 10 15 ; (в) 5.6 × 10 −9 M

    6. Батареи автономны и имеют ограниченный запас реагентов, которые нужно израсходовать до того, как они сойдут с мертвой точки. В качестве альтернативы, побочные продукты реакции аккумулятора накапливаются и мешают реакции. Поскольку топливный элемент постоянно пополняется реагентами, а продукты удаляются, он может продолжать работать до тех пор, пока поступают реагенты.

    8. E ячейка , как описано в уравнении Нернста, имеет член, прямо пропорциональный температуре.При низких температурах этот член уменьшается, что приводит к более низкому напряжению элемента, подаваемому батареей на устройство — тот же эффект, что и разряженная батарея.

    У стартапа

    EV Canoo есть структурная батарея, но это не подход Tesla.

    До сих пор большинство аккумуляторов электромобилей построено по предсказуемой иерархии: элементы объединяются в модули, а модули собираются в блок. Во многих случаях корпус и внутренняя рама рюкзака образуют собственную прочную конструкцию.

    Этого не произошло с калифорнийским стартапом электромобилей Canoo, который на прошлой неделе в рамках продолжительной презентации для инвесторов раскрыл немного больше о беспрецедентной компоновке батарей.Хотя конструкция аккумулятора не такая, как у Tesla, планируемая к будущим продуктам, конструкция автомобиля является частью аккумуляторной батареи и, в некоторой степени, наоборот.

    Модельный ряд Canoo

    Чтобы помочь понять подход Кану, в среду агентство Green Car Reports встретилось с техническим директором компании Питом Савагианом. В качестве бывшего главного инженера GM EV1, ключевого руководителя GM, стоящего за Chevy Volt и Bolt EV, и бывшего вице-президента по разработке продуктов и технологий в Faraday Future, Савагиан помог заложить основу для нескольких формирующих и революционных электромобилей.

    Canoo ранее сообщала, что ее аккумуляторные блоки будут иметь мощность около 60 кВт / ч и 80 кВт / ч, с возможностью установки блока начального уровня на 40 кВт / ч.

    Эти пакеты состоят из определенного количества цилиндрических ячеек формата 2170 — точный химический состав и поставщик еще не объявлены — плотно упакованных вместе как часть модуля.

    Как описал Савагиан, несколько модулей аккумуляторной батареи находятся внутри герметичной полости, защищенной снизу панелью, которая прилегает к раме, а сверху — полом кабины.

    «В этой полости находятся модули, которые защищены структурой, а сами модули конструктивно прикреплены к раме», — пояснил Савагиан. «Они фактически служат для некоторой жесткости рамы и передачи некоторой нагрузки во время аварии».

    Аккумулятор Canoo — июнь 2021 г. презентация iinvestor

    Как уже говорилось в презентации Кану, Савагиан сказал, что модули легко трансформируются в 4680 цилиндрических ячеек, предложенных Теслой, и сказал нам, что компания изучает эту концепцию более подробно.

    Каждый модуль связан с системой охлаждения и структурно интегрированной рамой, сказал он, объясняя, как идею можно адаптировать к другим форматам. «Если мы возьмем эту структурную и тепловую основу и систему Canoo BMS и сделаем еще один модуль в том же грубом форм-факторе, с такими же конструктивными точками крепления и с такими же расходами охлаждающей жидкости и перепадом давления», тогда Модульная система допускает различные форм-факторы ячеек.

    «Мы будем быстрыми последователями технологии аккумуляторов по мере ее развития», — сказал Савагиан.Это означает, что компания не планирует исключать карманные ячейки, которые, вероятно, станут первым форматом, в котором автомобильные твердотельные элементы станут широко доступными.

    С мешочковыми ячейками Савагиан говорит, что теплообмен «немного отличается, но не настолько сильно, чтобы мы не могли каким-либо образом расширить эту концепцию».

    Недавняя презентация Савагиана и команды Canoo отметила, что решение об отказе от отдельной структуры упаковки сэкономило платформу скейтборда примерно на 90 фунтов веса и позволило им достичь 195 Вт / кг, что примерно на 15% выше, чем это считалось ведущим. вглядеться.

    Конструкционная батарея Тесла — День батареи 2020

    Конструкционная батарея Тесла — День батареи 2020

    Конструкционная батарея Тесла — День батареи 2020

    Это сильно отличается в деталях от структурного аккумуляторного блока, который Tesla представила на мероприятии Battery Day в прошлом году. Эта конструкция обеспечит уменьшение массы на 10%, возможность увеличения дальности действия на 14% и уменьшение количества деталей на 370 частей с ячейками, по существу, встроенными как часть сот на нижней стороне пола автомобиля, а также с защитным поддоном под ним и большим количеством элементов. структурный клей.Предлагаемый Tesla полноценный подход от клетки к транспортному средству отличается, поскольку он полностью пропускает модули, но, судя по его звучанию, он преследует одни и те же цели, когда тело и клетки являются частью структурного союза.

    Платформа

    Canoo, если конфигурация батареи и весь подход работает, является частью стратегии, которая включает платформу для скейтборда с различными «цилиндрами», которые позволят компании построить транспортное средство для активного отдыха, фургон, пикап, автомобиль и более.

    Платформа электромобиля Canoo

    Canoo — это платформа на 400 вольт, но Савагиан объяснил, что компания не отказывается от быстрой зарядки из-за этого.Он сказал, что это правильный выбор для того количества энергии, которое он планирует удерживать в машине. Он пояснил, что размер аккумуляторной батареи — здесь до 80 кВт / ч — действительно является ограничивающим фактором для скорости зарядки с использованием общедоступных зарядных устройств с наибольшим током (около 500 А). «Если бы у нас был аккумулятор побольше, и он не был дроссельной заслонкой, где-то около 130 или 140 кВт · ч, тогда имело бы смысл перейти на более высокое напряжение».

    Уникальный способ удержания аккумуляторной батареи — не единственный большой технологический шаг, который будет внедряться в автомобилях Canoo.Вероятно, они также станут первыми серийными автомобилями с полностью управляемой системой управления, для которой требовалось резервирование двойных 12-вольтных преобразователей постоянного тока. Canoo разработала их, а также все ключевые двигатели, такие как инверторы и двигатели, собственными силами. Савагиан, широко известный в сообществе электромобилей как эксперт по инверторам и силовым установкам, сказал, что под его наблюдением в качестве технического директора он не мог устоять перед некоторыми настройками инвертора и некоторых преобразователей, но он не мог доверять больше, чем предыдущий работа была выдающейся.

    Проводные системы Canoo — июнь 2021 г. презентация iinvestor

    Canoo также настроил некоторые контроллеры транспортного средства, чтобы упростить набор микросхем для уменьшения проблем с поставками, сохраняя при этом сложность, необходимую для беспроводных обновлений всего транспортного средства и будущих функций, таких как более высокий уровень помощи водителю. Canoo заявляет, что его автомобиль спроектирован для будущего полуавтономного вождения 4-го уровня, а Савагиан сказал, что «в некотором смысле электрическая архитектура готова к автономному вождению.”

    В то время как компания изначально планировала, что ее автомобили будут частью модели подписки, теперь она рассматривает личное владение и автопарк как 80% своих продаж, что усилило внимание компании к надежности и долговечности. «Эти автомобили будут иметь долгий срок службы, и поэтому наше внимание к надежности и долговечности возросло с тех пор, как я стал работать в публичной компании», — сказал Савагиан.

    Canoo и Tesla, безусловно, не единственные автопроизводители, которые обсуждают структурные пакеты.Volkswagen на своем собственном «дне власти» в начале этого года заявил, что рассматривает технологию «от ячейки к упаковке» и «от ячейки к автомобилю» как часть своего будущего электромобилей. Хотя ни Canoo, ни Tesla на данный момент не предоставляют структурный пакет, обе компании могут быть одними из первых, кто воспользуется этой, казалось бы, неизбежной эволюцией электромобилей.

    Состав автомобильного аккумулятора @ mytyres.co.uk

    Каждый водитель знает, что для запуска автомобиля нужен аккумулятор. Но как на самом деле устроена батарея? Важнейшими компонентами аккумулятора являются кислотостойкое покрытие, раствор электролита — в большинстве случаев 37% серной кислоты — и свинцовые пластины, расположенные в корпусе чередующимися слоями.Пластины подключаются поочередно к положительной клемме (красный) и отрицательной клемме (синий). Чтобы противоположно заряженные пластины не соприкасались и не вызывали короткого замыкания, между ними ставят разделители. Газы, образующиеся в результате химической реакции, выходят через клапан в корпусе.

    Информация о конструкции автомобильных аккумуляторов:

    Установка

    Если вы хотите, чтобы установил автомобильный аккумулятор, вам не нужно идти к ближайшему механику, так как почти каждый может установить новый стартерный аккумулятор самостоятельно с помощью небольшого количества инструментов.Если вы выполните следующие действия, вы не ошибетесь и сэкономите много денег. Чтобы установить новую батарею, выполните следующие действия:

    1. Снимите пластиковые защитные колпачки с клемм новой батареи и отложите их в сторону.
    2. Теперь вы можете поместить новый аккумулятор в аккумуляторный отсек в автомобиле. Убедитесь, что аккумулятор установлен вертикально. Также убедитесь, что в батарейном отсеке нет посторонних предметов, которые могут повредить батарею.В большинстве автомобилей аккумулятор устанавливается под капотом вместе с двигателем, но в некоторых автомобилях он может располагаться в багажнике.
    3. Теперь аккумулятор можно закрепить на месте с помощью прилагаемого кронштейна.
    4. Затем красный кабель присоединяется к положительной клемме, а затем черный кабель к отрицательной клемме. Оба кабельных зажима крепятся к клеммам винтами.
    5. По завершении клеммы можно защитить от коррозии с помощью смазки для клемм или спрея, что также помогает обеспечить надежную передачу напряжения.

    Масса

    Эти батареи не легкие. Вес автомобильного аккумулятора довольно велик и не для слабых рук. В среднем они весят от 10 до 30 кг, в зависимости от конструкции и вместимости. Тяжелый вес аккумулятора давит на аккумуляторный отсек, и при движении по неровной дороге напряжение еще больше. Поврежденный аккумуляторный отсек может представлять опасность для самого аккумулятора; если он сломается, аккумулятор выпадет на дорогу, что, очевидно, представляет опасность для других водителей.Поэтому в целях безопасности настоятельно рекомендуется регулярный визуальный осмотр аккумуляторного отсека.

    Положительное / отрицательное

    Что означают «плюс» и «минус» для автомобильных аккумуляторов, и почему одна клемма красная, а другая черная? — вопрос, который могут задать многие водители. К счастью, ответ довольно прост: положительная клемма аккумулятора всегда должна быть подключена к красному кабелю, а отрицательная клемма — к черному кабелю. При снятии аккумулятора сначала отсоединяется зажим от отрицательной клеммы, а затем от положительной.При установке новой стартерной аккумуляторной батареи необходимо соблюдать прямо противоположную процедуру: сначала подсоедините положительную клемму к системе проводки, а затем подсоедините зажим к отрицательной клемме и надежно прикрутите его.

    Вольт

    Как вы можете измерить вольт автомобильного аккумулятора и определить, выдает ли ваш аккумулятор достаточное напряжение? Есть две возможности: вы можете подтолкнуть свой автомобиль с выключенным двигателем к стене дома, включить ближний свет фар и посмотреть, не тускнеет ли свет сразу после его включения, или вы можете измерить напряжение с помощью мультиметр.Для этого одновременно удерживайте красный кабель на положительной клемме и черный кабель на отрицательной клемме. Если мультиметр показывает от 12,7 до 12,4 В, батарея в хорошем состоянии. Если он показывает меньше 12 В, пора менять батарею.

    Напряжение

    Большинство современных автомобильных электрических систем работают с напряжением 12 В. Батарея должна выдерживать как минимум это напряжение (а еще лучше — немного больше), чтобы у батареи было достаточно энергии для запуска автомобиля. Измерение напряжения аккумулятора на самом деле довольно просто и может быть выполнено любым человеком в домашнем гараже: автомобиль должен оставаться выключенным в течение 1-2 часов перед тестированием.Затем вы можете измерить напряжение аккумулятора с помощью мультиметра, настроенного на правильный диапазон напряжения. Для этого прикоснитесь красным кабелем мультиметра к положительной клемме, одновременно прикоснувшись черным кабелем к отрицательной клемме. Полностью заряженная батарея будет показывать 12,4–12,7 В. Если напряжение ниже 12 В, этого уже недостаточно, и батарею следует как можно скорее зарядить или заменить. Слишком низкое значение напряжения также может быть признаком проблемы с генератором переменного тока, который больше не может эффективно заряжать аккумулятор.

    Дата производства

    Дата изготовления батареи важна, потому что батарея, которая не была подключена и не использовалась более 12 месяцев, может разрядиться. Даже если ничего не разряжает аккумулятор, он все же может разрядиться. Чтобы определить точную дату изготовления , следует внимательно присмотреться к отрицательной клемме. Часто отпечатывается четырехзначное число; первые две цифры указывают неделю изготовления, а последние две цифры указывают год.Есть также батарейки, на которых есть наклейка с указанием месяца и года.

    Срок службы

    Одна из самых частых причин поломок автомобиля — неисправность аккумулятора. Но как можно продлить срок службы батареи? Прежде всего, избегайте коротких поездок; это разряжает аккумулятор быстрее, так как генератор не может достаточно зарядить аккумулятор за эти короткие периоды времени. По возможности, уровень жидкости в батарее следует проверять один раз в год и при необходимости доливать дистиллированной водой, чтобы избежать высыхания батареи.Это также помогает минимизировать утечку электроэнергии из систем автомобиля; например, выключите обогреватели заднего стекла и боковых зеркал, как только они очистятся.

    Параллельное подключение

    Для увеличения емкости аккумулятора вы можете подключить автомобильный аккумулятор параллельно. Например, это имеет смысл для источника питания прицепа, жилого автофургона или спортивного автомобиля с большим двигателем. Это позволяет увеличить емкость запоминающего устройства при сохранении напряжения. При параллельном подключении отрицательные клеммы соединяются вместе, так же как и положительные клеммы.Это складывает емкость обеих батарей вместе, в то время как общее напряжение такое же, как и у каждой отдельной батареи, в данном случае 12 вольт. Обычно параллельно можно подключать только батареи с одинаковым напряжением и плотностью кислоты и одинаковым уровнем заряда. Кроме того, сечение и длина проводов также должны быть идентичными.

    Как работает автомобильный аккумулятор

    Свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор на 12 В. Эти большие и довольно тяжелые батареи используются в каждом автомобиле с двигателем внутреннего сгорания на планете.Они являются неотъемлемой частью автомобиля. Итак, что он делает и как работает? Это то, о чем мы расскажем в этой статье, спонсируемой Squarespace. Зайдите на squarespace.com, чтобы начать бесплатную пробную версию, или воспользуйтесь набором идей разработки кода, чтобы сэкономить 10% на веб-сайтах и ​​доменах.

    Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство YouTube.

    Что такое автомобильный аккумулятор?

    Свинцово-кислотный аккумулятор

    Автомобильный аккумулятор на 12 В выглядит примерно так.

    Это свинцово-кислотный аккумулятор.Мы называем это свинцово-кислотным аккумулятором, потому что внутри устройства находятся свинцовые пластины, погруженные в кислоту. Это создает химическую реакцию, которая высвобождает энергию и дает нам напряжение и ток.

    Химическая реакция

    Таким образом, аккумулятор накапливает энергию в виде химической энергии. Не хранит электричество. Эта химическая энергия преобразуется в электрическую, когда нам это нужно. Эта батарея также является перезаряжаемой, если мы подадим на батарею электричество, тогда мы сможем обратить вспять химическую реакцию и перезарядить батарею.

    Зарядка с помощью генератора

    Эти типы батарей могут обеспечивать большой ток, особенно по сравнению с типичными бытовыми щелочными батареями меньшего размера.

    Мы рассмотрели, как работают щелочные батареи в нашей предыдущей статье, проверьте ЗДЕСЬ.

    Почему в автомобиле используется аккумулятор?

    Типичный автомобильный аккумулятор находится в моторном отсеке автомобиля. Аккумулятор сначала используется для запуска двигателя, и он делает это, обеспечивая электричеством небольшой электродвигатель, известный как стартер.Он также подает электричество в систему зажигания, чтобы начать сгорание топлива.

    Стартер включает малую шестерню на маховик двигателя. Он поворачивает коленчатый вал, который запускает двигатель внутреннего сгорания, после этого малая шестерня выключается, и двигатель запускается сам по себе. Стартер должен обеспечивать огромное усилие, чтобы вращать маховик, поэтому стартер будет потреблять очень большой ток, возможно, сотни ампер, но всего в течение нескольких секунд.Этот большой ток приведет к уменьшению энергии, хранящейся в батарее. Так что нам нужно снова пополнить его.

    Стартер

    К двигателю подключен генератор переменного тока. Генератор приводится во вращение двигателем и вырабатывает электричество. Он возвращается в батарею для ее подзарядки.

    Генератор

    Пока двигатель работает, генератор подзаряжает аккумулятор, но он также обеспечивает электроэнергией такие вещи, как освещение и музыкальная система. Когда потребность в электричестве превышает то, что может обеспечить генератор, аккумулятор обеспечивает дополнительную мощность, которая снова разряжает аккумулятор.

    Если двигатель выключен, генератор перестанет вращаться и перезаряжать аккумулятор, поэтому аккумулятор будет обеспечивать полную электрическую мощность до тех пор, пока он не разрядится. На данный момент аккумулятор не может обеспечить достаточно электричества для запуска двигателя, поэтому нам нужно запустить машину от внешнего источника.

    Основные части

    Давайте взглянем на основные части автомобильного аккумулятора, и тогда мы поймем, как он работает.

    Прежде всего, у нас есть пластиковый корпус, в котором собраны все внутренние компоненты.Сверху у нас есть пластиковая крышка и два вывода, положительный и отрицательный, которые называются выводами.

    Сняв крышку, мы можем заглянуть внутрь. Обратите внимание, что корпус разделен на 6 отдельных камер, каждая из которых разделена пластиковой стенкой. Каждая камера называется ячейкой. Каждая ячейка вырабатывает около 2,1 В постоянного или постоянного тока. Каждая ячейка соединена последовательно, отрицательная часть одной ячейки соединена с плюсом следующей ячейки, что дает нам общее напряжение около 12.6В.

    6 отдельных камер

    Это то же самое, как если бы вы соединяли бытовые щелочные батареи вместе, их напряжения складываются вместе, чтобы обеспечить более высокое общее напряжение.

    Каждая ячейка в батарее соединена с помощью пластинчатой ​​ленты, сделанной из свинца. Они свариваются через пластиковую стенку, образуя соединение.

    Когда мы смотрим на батарею с этой точки зрения, мы видим, что ток течет через элементы батареи от положительного к отрицательному, и это с использованием традиционной теории тока.На самом деле происходит то, что электроны текут в противоположном направлении от отрицательного к положительному. Но мы поговорим об этом немного позже в статье.

    Обратите внимание, что в каждой ячейке есть две планки для планшетов. Один положительный и один отрицательный. Они называются пластинчатыми лентами, потому что каждая полоса соединена с несколькими пластинами, которые представляют собой листы свинца.

    Пластины имеют решетчатую структуру, увеличивающую площадь поверхности. Сетки покрыты пастой из оксида свинца.Паста — это место, где происходит химическая реакция, и мы увидим это чуть позже в статье. Паста действует как губка и впитывает часть электролитной жидкости, что улучшает характеристики аккумулятора. Размер пластины определяет, какой ток может обеспечить батарея, но не меняет напряжение. Используемые материалы и количество пластин определяют напряжение, создаваемое каждой ячейкой. Сетка удерживает пасту на месте, чтобы обеспечить равномерное распределение тока по пластине и помогает транспортировать электроны из батареи и по электрической цепи.

    Отрицательная пластина — это анод, и это пластина из чистого свинца, хотя небольшое количество добавок добавлено для упрочнения свинца и защиты его от коррозии. Положительная пластина — это катод, сделанный из оксида свинца. Пластины сделаны из разнородных материалов, которые образуют химическую реакцию и высвобождают электроны. Однако мы не хотим, чтобы положительная и отрицательная пластины соприкасались друг с другом, это может привести к короткому замыканию аккумулятора. Поэтому вместо этого мы помещаем каждую положительную пластину в разделитель конвертов.Это пористый материал, который позволяет ионам проходить сквозь него без прямого контакта материалов друг с другом.

    Положительная пластина

    Положительная и отрицательная пластины располагаются между собой с небольшим зазором между ними. Затем камера заполняется жидким электролитом, состоящим из серной кислоты и воды. Следовательно, аккумулятор называется свинцово-кислотным.

    Положительные и отрицательные

    Основы электроэнергетики

    Мы хотим кратко рассказать об основах электричества, чтобы вы поняли, как работает аккумулятор в следующей части.

    Электроны

    Электричество — это поток электронов в цепи. Нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении по проводу, чтобы мы могли размещать на пути электронов предметы, например, лампочки. Электроны должны пройти через это, и при этом они излучают свет. Когда много электронов течет в одном направлении, хорошо называть это током.

    Атомы

    Каждый материал состоит из атомов. Атомы имеют разное количество протонов, нейтронов и электронов, что и отличает материал.Некоторые материалы, такие как медь, имеют электрон, который может свободно перемещаться к другим атомам. Если мы подключим источник питания, например аккумулятор, к медному проводу, напряжение подтолкнет электроны, и они устремятся к положительной клемме аккумулятора.

    Мы сказали, что электроны текут от отрицательного к положительному. Это называется потоком электронов, это теория о том, как работает электричество, и о том, что происходит на самом деле. Но, возможно, вы привыкли видеть обычный ток, который изменяется от положительного к отрицательному, это первоначальная теория, известная как обычный ток.Это было ошибочно доказано Джозефом Томпсоном, который открыл электрон и обнаружил, что они текут от отрицательного к положительному.

    Джозеф Томпсон

    Однако мы до сих пор используем традиционную теорию тока при проектировании электрических цепей. Если мы посмотрим на эту простую схему, мы всегда должны предположить, что ток течет от положительного к отрицательному, но инженеры и ученые знают, что электроны на самом деле текут в противоположном направлении. Электрические формулы, которые мы используем, по-прежнему будут давать одни и те же ответы независимо от того, в каком направлении течет электричество, так что это не имеет особого значения.

    Постоянный ток

    Есть два типа электричества, постоянный ток, который мы получаем от батарей. Электроны этого типа толкаются в одном направлении. Это называется постоянным током. Думайте об этом, как о воде, текущей по реке. Другой тип электричества — это переменный или переменный ток, который вы получаете от электрических розеток в своих домах. В этом типе электроны постоянно толкаются и тянутся вперед и назад. Думайте об этом типе как о приливе и отливе моря.

    Переменный ток

    Когда мы смешиваем вместе определенные материалы, мы можем вызвать химические реакции. Это когда атомы одного материала взаимодействуют с атомами другого материала. Во время этого взаимодействия атомы будут связываться или распадаться. Электроны также могут быть освобождены или захвачены атомами во время реакции.

    Химическая реакция

    Когда мы говорим об атомах, вы обычно слышите термин ион. Ион — это атом, у которого неравное количество протонов или электронов. Атом имеет нейтральное изменение, когда у него одинаковое количество протонов и электронов, потому что протоны положительно изменены, а электроны заряжены отрицательно, поэтому они уравновешиваются.Если в атоме больше электронов, чем протонов, то это отрицательный ион. Если в атоме протонов больше, чем электронов, это положительный ион.

    Ion

    Как это работает

    Вместо того, чтобы пытаться понять эту сложную конструкцию, мы собираемся упростить ее до этой простой модели ячейки с одним катодом и анодом.

    В этой ячейке у нас есть жидкий электролит, состоящий на 1/3 серной кислоты и 2/3 воды.

    У нас есть положительный электрод, который является катодом, он сделан из оксида свинца (PbO 2 )

    У нас есть положительный электрод, который является анодом, он сделан из чистого свинца (Pb)

    Катод и анод

    Когда эти материалы объединить, мы получим небольшую химическую реакцию между атомами.Мы покажем атомы этих материалов этими цветными сферами.

    Положительный катодный вывод оксида свинца (PbO 2 ) будет реагировать с сульфатом (SO 4 -2 ) в электролите, это сформирует слой сульфата свинца (PbSO4) на катодном выводе. . Во время этой реакции ион кислорода (O 2 -2 ) выбрасывается с катода в электролит. Попадая в электролит, эти ионы кислорода объединяются с ионами водорода (H +) с образованием воды (H 2 O).

    В то же время атомы свинца на аноде будут реагировать с ионами сульфата (SO 4 -2 ) в электролите. Эта реакция приведет к образованию слоя сульфата свинца (PbSO 4 ) вокруг электрода. Во время этой реакции два электрона высвобождаются и собираются на отрицательной клемме.

    Итак, теперь у нас есть скопление электронов на отрицательной клемме. Поскольку электроны заряжены отрицательно, это означает, что у нас есть разница в заряде на двух клеммах, и мы можем измерить это с помощью вольтметра или мультиметра.

    Если вы думаете о магните, противоположные концы притягиваются, а одинаковые концы отталкиваются. Электроны заряжены отрицательно, поэтому они отталкиваются друг от друга и притягиваются к положительному полюсу, на котором меньше электронов. Но они не могут этого достичь. Если мы обеспечим путь для электронов, такой как провод, то электроны будут проходить через него, чтобы добраться до положительного вывода. Затем мы можем поместить на пути этих электронов такие предметы, как лампу, и использовать их для выполнения такой работы, как освещение лампы.

    Пока существует путь, химическая реакция продолжается, но это не будет длиться вечно. Химические вещества, необходимые для реакции, закончатся. Кислота становится более разбавленной и слабой, и наложения сульфата свинца покрывают оба электрода, это означает, что материалы становятся более похожими, и химическая реакция становится более сложной.

    Но, к счастью, эта химическая реакция может быть обращена вспять, поэтому, если мы запитаем аккумулятор электричеством от генератора переменного тока, мы можем начать обратную реакцию.

    Может обратная реакция

    Электроны входят в отрицательную клемму и снова соединяются с сульфатом свинца, высвобождая сульфат в электролит, оставляя только свинец на отрицательной пластине. Ионы сульфата попадают в электролит и объединяются с ионом водорода, высвобождая ион кислорода, так что кислота электролита становится сильнее. Ион кислорода соединяется со свинцом, образуя оксид свинца, который высвобождает сульфат обратно в электролит, снова делая его сильнее.

    Если мы оставим аккумулятор полностью разряжаться слишком долго или слишком много раз, будет очень трудно обратить вспять химическую реакцию.Кроме того, слой сульфата может оторваться от электродов и акклиматизироваться на дне батареи, что будет означать, что он больше не участвует в химической реакции, поэтому батарею необходимо отремонтировать или заменить.

    Итак, когда мы смотрим на батарею, эта химическая реакция происходит между каждой пластиной в каждой ячейке, чтобы обеспечить ток в сотни ампер для запуска стартера, а также обеспечить напряжение для питания фонарей и т. Д. Затем он перезаряжается с помощью генератор.

    Проверка автомобильного аккумулятора мультиметром

    Чтобы проверить напряжение автомобильного аккумулятора, мы просто переключаемся на настройку постоянного напряжения на нашем мультиметре, а затем подключаем красный провод к положительному, а черный провод к отрицательному. Мы должны увидеть напряжение около 12,6 В, если оно ниже 12, значит, батарея не работает должным образом.

    Двигатель выключен

    Когда мы заводим машину, напряжение падает, потому что стартер потребляет большой ток. Напряжение упадет примерно до 11 вольт, если оно упадет ниже примерно 10 вольт, аккумулятор не работает должным образом.

    Запуск двигателя

    После запуска двигателя генератор переменного тока должен вырабатывать электричество, поэтому мы должны увидеть более высокое напряжение около 14 вольт, потому что генератор перезаряжает батарею, и напряжение должно быть выше, чтобы заставить электроны вернуться и обратная химическая реакция.

    Engine Running

    Но теперь, когда вы все заряжены, зайдите на сайт squarespace.com, чтобы создать свое собственное присутствие в Интернете, наполненное функциями, позволяющими людям запускать, публиковать и продвигать свои собственные проекты.

    Существуют мощные инструменты для ведения блога, позволяющие демонстрировать фотографии, видео и новости о ваших проектах.

    Вы можете легко запланировать встречи на занятиях и занятия с членами команды и клиентами с помощью встроенного инструмента. И вы даже можете собирать платежи или пожертвования, чтобы поддержать свое дело.

    Зайдите на squarespace.com, чтобы получить бесплатную пробную версию, а когда будете готовы к запуску, перейдите на squarespace.com/engineeringmindset, чтобы сэкономить 10% на первой покупке веб-сайта или домена.


    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *