Аккумулятор устройство – Автомобильный аккумулятор — устройство, схема, принцип работы и параметры АКБ

Автомобильный аккумулятор — устройство, схема, принцип работы и параметры АКБ

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.

Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.

Содержание статьи:

Что такое АКБ для автомобиля, предназначение

То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.

Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.

Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.

Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.

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

При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.

Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.

Из чего сделан и что внутри аккумулятора

Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.

Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.

С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.

Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.

Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.

Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:

• Корпуса;
• Крышки;
• Отрицательных электродов;
• Положительных электродов;
• Положительной клемы;
• Отрицательной клемы;
• Соединительных перемычек;
• Заливных пробок;
• Электролита

Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.

Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.

Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.

В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).

В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.

Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.

Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.

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

Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.

Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.

Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (h3SO4) и дистиллированной воды.

Принцип работы АКБ

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.

Особенности конструкции современных АКБ

Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.

Рассмотрим их по отдельности:

Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

• Гелевые электролиты

Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Читайте также: Как правильно менять Антифриз в машине

Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.

Параметры и характеристики аккумуляторной батареи

Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.

Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.

Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.

• СТ – обозначает что батарея стартерная.
• 55 – обозначает ёмкость батареи, которая составляет 55 Ампер*час.

Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:

• Тип ДВС;
• Объём двигателя вашей машины;

Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:

• Двигатели объёмом до 1,6 литра. Для них подходят АКБ 6СТ-45;
• Двигатели объёмом от 1,6 до 2,5 литров. Для них подходит 6СТ-55;
• Двигатели объёмом от 2,5 до 3 литров. Для них подходит 6СТ-60;
• Двигатели объёмом от 3 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-75;
• Двигатели объёмом более 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90.

Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:

• Двигатели объёмом до 1,5 литра. Для них подходит 6СТ-55;
• Двигатели объёмом от 1,5 до 2,0 литров. Для них подходит 6СТ-60;
• Двигатели объёмом от 2-х до 2,7 литров. Для них подходит 6СТ-75;
• Двигатели объёмом от 2,7 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90;
• Двигатели объёмом от 3,5 до 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-132;
• Двигатели объёмом более 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-192 и больше.

Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.

Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.

Аккумуляторы будущего

Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.

Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.

• Гелевые аккумуляторы

Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.

Гелевая АКБ

• Литий-ионные аккумуляторы

Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

• Во-первых, они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
• Во-вторых, для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, что требует переделки электронной части генераторов.
• Ну и самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта

• Графен-полимерные аккумуляторы

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Опытная графен-полимерная АКБ

Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.

В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.

autovogdenie.ru

устройство, принцип работы, характеристики автомобильного аккумулятора

Знаете ли вы, что первые автомобили были именно электрическими и использовали свинцово-кислотные аккумуляторы? То, что мы привыкли считать машинами будущего – электромобили – появились до изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС). С тех пор прошло больше 100 лет, но современный АКБ автомобильный изменился только качественно, оставшись принципиально таким же, как и столетие назад.

Сегодня аккумулятор в автомобиле считается расходником, требующим периодической замены. Сколько именно проработает АКБ – вопрос к качеству изготовления, режиму работы, даже к состоянию дорог, но рано или поздно его меняют на «свежий». Какие функции он выполняет, какие характеристики может иметь, как выбирать и как продлить жизнь аккумулятору – читайте в этой статье.

Что такое аккумулятор (АКБ) и для чего он нужен?

Современные автомобили всё больше становятся похожи на сложные электронные гаджеты: умное управление, всевозможные «помощники», автоматическая парковка и даже автопилот – это только небольшая часть той цифровой «начинки», которой богат автомобиль. И всё это счастье постоянно нуждается в электроэнергии, которую нужно постоянно откуда-то добывать. Именно хранилищем энергии, откуда ее можно взять в любой момент, и выступает АКБ. Да, он выполняет свою четкую функцию: накапливает заряд, затем отдает и дальше снова накапливает. Отличный вариант!

Само понятие аккумулятора нам уже настолько привычно, что глупо спрашивать, зачем он нужен. Однако на удивление мало людей могут точно сказать, для чего именно служит аккумуляторная батарея в автомобиле.

Ее назначение можно описать в трех пунктах.

1. Аккумулятор обеспечивает энергию для запуска двигателя на старте.
2. Аккумулятор служит резервным источником энергии, когда она требуется сверх того, что может дать генератор (например, при включении автомобильного кондиционера).
3. Аккумулятор питает электроприборы, когда двигатель выключен и генератор не работает. Например, видеорегистратор, сигнализацию, свет и т.д.

Устройство и принцип работы АКБ

Устройство автомобильного аккумулятора

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

Устройство аккумулятора.

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

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

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

Принцип работы.

Принцип работы АКБ

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

Процессы разряда и заряда АКБ

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

Виды аккумуляторов

В попытке улучшить характеристики автомобильных аккумуляторов инженеры перепробовали множество способов. В итоге сегодня мы имеем различные типы АКБ, которые различаются по химическому составу активных компонентов и конструкции.

Классификация по составу активного вещества.

В первых аккумуляторах использовались свинцовые пластины, однако такая конструкция довольно быстро перестала устраивать инженеров и потребителей: тяжелая, малоэффективная, недолговечная.

1. Первым улучшением стало добавление сурьмы к свинцу, что серьезно продлило срок службы батареи.
2. Следующий этап – уменьшение процентного содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход позволил создать малообслуживаемые аккумуляторы: в них уже намного реже требовался долив воды.
3. Затем для покрытия пластин начал использоваться металлический кальций – так появились кальциевые АКБ (они же Са-Са). Кальций серьезно изменил параметры эксплуатации батарей: в прежних моделях потери воды из-за электролиза на 12 В требовали постоянного долива, а кальциевые лигатуры позволили повысить этот порог до 16 В. Благодаря этому появилась возможность делать необслуживаемые аккумуляторы в полностью герметичном, неразборном корпусе.

Но кальциевые батареи имеют и огромный минус: чувствительность к полному разряду. Сульфат кальция, который оседает на электродах, не разлагается полностью при зарядке, а это значит, что один глубокий разряд батареи способен ее «убить».

Самым современным решением стали гибридные аккумуляторы (они же Са+): кальциевые добавки есть только на положительном электроде (поскольку именно на нём происходит разложение воды при электролизе), а отрицательный покрыт малосурьмянистым свинцом.

Классификация по типу электролита.

Обычная жидкостная технология, при которой в аккумулятор заливался раствор кислоты и воды, вызывала много нареканий. Например, чувствительность к наклонам и вибрации. Необходимость обслуживать аккумулятор тоже не добавляла удовольствия от его эксплуатации. В общем, этой технологии было, куда расти.

На смену пришла AGM технология. В AGM аккумуляторе электролит «связывается» волокнистыми прослойками-сепараторами. Таким образом аккумулятор получает дополнительные преимущества: сепараторы сжимают активный слой и не дают ему отставать от пластин, имеют большую проводимость, чем жидкость и способствуют выдаче более мощного тока.

Технические (рабочие) характеристики автомобильных аккумуляторов

У АКБ для автомобиля довольно много рабочих параметров, которые важны при выборе батареи. Ошибешься хоть в одном из них – и аккумулятор нельзя будет использовать. Основные характеристики.

• Емкость, Ач (ампер*час).
• Пусковой ток, А (ампер).
• Полярность.
• Исполнение корпуса.
• Тип клемм.
• Тип крепления.

Номинальная емкость аккумулятора.

Емкостью батареи называют количество электроэнергии, которую аккумулятор может отдавать в течение определенного времени. Измеряется в Ач (ампер в час). Это один из основных параметров не только автомобильного, а вообще любого аккумулятора. Чем выше этот показатель, тем дольше батарея сможет поддерживать работу электроприборов автомобиля во время стоянки.

Для обычного легкового автомобиля с двигателем до 2 л. обычно нужна батарея 60 Ач, и чем больше оборудования в машине, тем более емким должен быть аккумулятор. При выборе лучше ориентироваться на рекомендации автопроизводителя, и если хочется взять АКБ с большей емкостью, то превышать рекомендуемую не более, чем на 5 Ач.

Пусковой ток.

Он же ток холодной прокрутки – показатель того, как аккумулятор справится с самой сложной задачей: запуском двигателя на морозе. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре «-18» градусов. Чем выше этот показатель, тем больше шансов завести свою машину зимним утром.

Например, для запуска бензинового двигателя понадобится минимум 255А, для дизельного – не менее 300А. Именно за увеличение мощности пускового тока сражаются конструкторы аккумуляторов, и именно за более высокую пусковую мощность автолюбители ценят AGM аккумуляторы. Можно даже сказать, что чем выше пусковой ток батареи – тем выше ее качество вообще.

Полярность.

Полярность называют расположение клемм на корпусе аккумулятора. Это важная характеристика, поскольку неправильно выбранный АКБ просто невозможно будет подключить.

Чтобы определить полярность, нужно поставить аккумулятор так, чтобы нормально читались надписи на крышке («лицом» к себе), и посмотреть, с какой стороны находится плюсовая клемма.

• Плюсовая клемма справа – полярность обратная, она же европейская, она же маркируется как «R» или «0».
• Плюсовая клемма слева – полярность прямая, она же российская, она же «L» или «1».

Есть аккумуляторы с универсальной полярностью, то есть клеммы располагаются посредине коротких сторон корпуса или по диагонали. Однако такие модели встречаются редко. Чаще всего на автомобили российского производства нужны аккумуляторы с прямой полярностью, а на европейского и азиатского – с обратной.

Исполнение корпуса.

Конструкторы, создавая автомобили, разрабатывали и все комплектующие к ним. В итоге традиционно появились два типа корпусов аккумуляторов: европейский и азиатский.

1. У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, так что их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы даже прикрыты специальными крышечками, так что дополнительно защищены от внешних факторов.
2. Азиатский тип корпуса – это коробка, у которой клеммы «растут» из верхней крышки. То есть, именно верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Важен ли этот фактор? Конечно, удобней использовать такой АКБ, который предусмотрен производителем. Но в крайнем случае исполнением корпуса можно пренебречь, если остальные характеристики совпадают.

Нужно только помнить, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу, а вот азиатские могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Тип и размер клемм.

Еще одна характеристика, с которой нужно свериться при выборе аккумулятора – толщина клемм для подключения. Они бывают двух типов: стандартные и тонкие.

1. Стандартные клеммы, они же европейские, более толстые: плюсовая 19,5 мм, минусовая 17,9 мм в диаметре;
2. Тонкие клеммы, они же азиатские: плюсовая 12,7 мм, минусовая 11,1 мм в диаметре.

В обоих стандартах плюсовая клемма всегда толще, чтобы не перепутать полярность подключения.

Тип крепления.

И, наконец, днищевое крепление, оно же «юбка» аккумулятора – это планки с отверстиями под крепеж, расположенные в нижней части корпуса.

Каким бы тяжелым ни был аккумулятор, крепить его надо. Поэтому тип крепления важен при выборе, ведь он влияет на общие габариты корпуса. Существует 3 типа крепления.

1. Верхнее крепление специальной прижимной скобой, без фиксации за днище, маркируется В00.
2. Крепление по двум сторонам, когда ланки есть только на широких сторонах корпуса, а на торцевых отсутствует, маркируется В01.
3. Крепление по периметру, когда «юбка» идет по всем четырем сторонам, маркируется В13.

В принципе, если в автомобиле предусмотрено только верхнее крепление, поставить ему можно любую батарею, лишь бы вошла по размеру, если нет другого выхода. А вот в обратную сторону эта лазейка не работает, придется подбирать подходящее днищевое крепление.

Рейтинг ТОП аккумуляторов

Много брендов, много советов, трудный выбор – с такими проблемами сталкиваются покупатели. Предлагаем небольшой, наш, субъективный рейтинг торговых марок АКБ.

1. Первое место по уровню качества и долговечности по праву занимают ОЕМ аккумуляторы. ОЕМ – это аналог детали, которая была установлена с завода. Конечно, за аккумулятор, на котором гордо красуется логотип Mercedes или Honda, придется выложить намного больше, чем за любой другой бренд, но результат того стоит. Самые популярные на рынке бренды аккумуляторов – Varta и Bosch. Они заслужили репутацию надежных безотказных батарей, добросовестно отрабатывающих каждую вложенную копейку.
2. Среди любителей заплатить поменьше, а получить побольше особо ценится бренд Topla. Это, конечно, не Бош, но вполне может порадовать долгой службой.
3. А замыкают наш хит-парад бюджетные бренды Sada, Styer, Bi-Power и Ista. Они хоть и не дорогие, но вполне способны порадовать стабильной работой. Можно вспомнить о них, когда аккумулятор нужен срочно, а денег мало.

Советы по эксплуатации и обслуживанию АКБ

Чтобы аккумулятор проработал как можно дольше, нужно уделять ему совсем немного внимания. Вот несколько советов по эксплуатации автомобильного АКБ.

1. Глубокий разряд – враг батареи. Каждый раз, когда аккумулятор разряжается «в ноль», происходит необратимая сульфатация электродов, особенно от этого страдают кальциевые батареи. Периодически желательно полностью заряжать бат специальным зарядным устройством и ни в коем случае не допускать полной разрядки.
2. Второй враг – вибрация. От сильной тряски и регулярных ударов с пластин осыпается активный слой. AGM аккумуляторы меньше от этого страдают, жидкостные – больше.
3. Клеммы аккумулятора склонны к окислению, что ухудшает контакт. Периодически нужно обращать внимание на состояние клемм и при необходимости очищать их от окислов.
4. Обращайте внимание на корпус батареи. Грязь, масло, влага способствуют утечке тока и саморазряду.
5. Неполадки в электросети могут вывести из строя и батарею. Особенно проблемы со стартером и генератором – смежными элементами.
6. Вздутый корпус со следами электролита говорит о том, что пора покупать новый АКБ. Поврежденным аккумулятором пользоваться нельзя!

Заключение

Нормально работающий автомобильный аккумулятор избавляет от множества проблем и нервотрёпки. Работоспособность батареи особенно важна зимой, когда нагрузки возрастают в несколько раз. Именно поэтому автовладельцы стараются менять «уставший» АКБ во время осеннего ТО: и спокойней, и дешевле, не придется лишний раз этим заниматься. А вы давно проверяли свой аккумулятор?

vaznetaz.ru

Свинцово-кислотный аккумулятор — Википедия

Схема свинцово-кислотного аккумулятора при зарядке (слева) и при подключении потребителя электрического тока Схема расположения электродов в свинцово-кислотном аккумуляторе, пластины катода и анода располагаются попеременно с прослойкой изолятора и объединяется каждый токонесущей полоской в выводы аккумулятора Строение свинцово-кислотного аккумулятора: слева — пластины положительного электрода, изолятора из стекловаты, отрицательного электрода; справа — аккумулятор в сборе (извлечён из корпуса с электролитом). Пластины электродов представляют собой свинцовую (чаще сплав свинца и сурьмы для повышения механической прочности^[1]) решётку, ячейки которой заполнены сульфатом свинца со связующим материалом, токонесущие полосы и выводы аккумулятора изготовлены из свинца Варианты электрода свинцово-кислотного аккумулятора Свинцово-кислотный аккумулятор в сборе

Свинцо́во-кисло́тный аккумуля́тор — тип аккумуляторов, получивший широкое распространение ввиду умеренной цены, неплохого ресурса (от 500 циклов и более), высокой удельной мощности. Основные области применения: стартерные аккумуляторные батареи в транспортных средствах, аварийные источники электроэнергии, резервные источники энергии. Строго говоря, аккумулятором называется один элемент аккумуляторной батареи, но в просторечии «аккумулятором» называют аккумуляторную батарею (сколько бы в ней ни было элементов).

Свинцовый аккумулятор изобрёл в 1859—1860 годах Гастон Планте, сотрудник лаборатории Александра Беккереля^[2]. В 1878 году Камилл Фор усовершенствовал его конструкцию, предложив покрывать пластины аккумулятора свинцовым суриком. Русский изобретатель Бенардос применил покрытие губчатым свинцом для увеличения мощности батарей, которые использовал в своих работах со сваркой.

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты.

При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца (в классическом варианте аккумулятора). Проведённые в СССР исследования показали, что при разряде аккумулятора протекает как минимум ~60 различных реакций, порядка 20 из которых протекают без участия кислоты электролита^[3].

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде^[3][4] и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца, начинается электролиз воды, при этом на аноде (положительный электрод) выделяется кислород, а на катоде — водород.

Электрохимические реакции (слева направо — при разряде, справа налево — при заряде):

PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}

Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

При разряде аккумулятора из электролита расходуется серная кислота и выделяется относительно более лёгкая вода, плотность электролита падает. При заряде происходит обратный процесс. В конце заряда, когда количество сульфата свинца на электродах снижается ниже некоторого критического значения, начинает преобладать процесс электролиза воды. Газообразные водород и кислород выделяются из электролита в виде пузырьков — так называемое «кипение» при перезаряде. Это нежелательное явление, при заряде его следует по возможности избегать, так как при этом вода необратимо расходуется, нарастает плотность электролита и есть риск взрыва образующихся газов. Поэтому большинство зарядных устройств снижает зарядный ток при повышении напряжения аккумулятора. Потери воды восполняют доливкой в аккумуляторы дистиллированной воды при обслуживании аккумуляторной батареи (некоторые автомобильные батареи не имеют открывающихся/отвинчивающихся пробок)^[5].

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO₂) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35%^[6], что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³^[7]. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой плёнкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов^[8].

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na₂Si₂O₄) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда^[9].

Электрические и эксплуатационные параметры[править | править код]

• Удельная предельная теоретическая энергоёмкость (Вт·ч/кг): около 133.
• Удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): 25—40^[10].
• Теоретическая удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): 1250^[11].
• ЭДС одного заряжённого аккумулятора = 2,11—2,17 В, рабочее напряжение 2,1 В (3 или 6 аккумуляторов в итоге дают в батарее стандартные 6,3 В или 12,6 В соответственно)^[3].
• Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75—1,8 В. Ниже разряжать их нельзя^[3].
• Рабочая температура: от −40 °C до +40 °C.
• КПД: порядка 80—90 % (по току). КПД по энергии 70-80%^[10].

Чаще всего свинцово-кислотные аккумуляторы применяются в составе аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 6, 12 вольт, реже с другим кратным 2 напряжением. Промышленностью выпускаются варианты обслуживаемых (заливание электролита, дистиллированной воды, контроль плотности электролита, его замена) и не обслуживаемых в герметичном корпусе (исключается проливание электролита при изменений положения, переворачиваний) аккумуляторных батарей. Обслуживаемые аккумуляторные батареи могут выпускаться сухозаряженными (без залитого электролита), что увеличивает их срок хранения и не требует периодического обслуживания при хранении, заливка производится перед вводом в эксплуатацию^[12].

• Герметичная не обслуживаемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея напряжением 12 В и ёмкостью 4,5 А·ч бытовой электротехники

• Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи напряжением 8 В и ёмкостью 3,5 А·ч ИБП

• Вариант обслуживаемой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи для автомототракторной техники в эбонитовом корпусе, в подобных батареях была даже возможность заменить отдельный вышедший из строя аккумулятор

• Вариант не обслуживаемой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи для автомототракторной техники, нет доступа к заливным горловинам банок аккумуляторов

• Номинальная ёмкость, показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной ёмкости, выраженной в А·ч)^[13].
• Стартерный ток (для автомобильных аккумуляторов). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев измеряется при −18 °C (0 °F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются (главным образом, допускаемым конечным напряжением) поэтому дают различные результаты^[14].
• Резервная ёмкость (для автомобильных аккумуляторов) — характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25 А до конечного напряжения 10,5 В согласно ГОСТ Р 53165-2008^[15].

Ареометр может быть использован для проверки плотности электролита в каждом отдельном элементе

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми пробками на банках) на автомобиле при движении по неровной дороге неизбежно происходит просачивание электролита из-под пробок на корпус аккумулятора. Через электропроводную не высыхающую, из-за гигроскопичности, плёнку электролита происходит постепенный саморазряд аккумулятора. Во избежание глубокого саморазряда необходимо периодически нейтрализовать электролит протиранием корпуса аккумулятора, например, слабым раствором пищевой соды или разведённым в воде до консистенции жидкой сметаны хозяйственным мылом. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита; также количество воды в электролите уменьшается при перезаряде аккумулятора за счёт её электролиза. Потеря воды увеличивает плотность электролита, увеличивая напряжение на аккумуляторе. При существенной потере воды могут оголиться пластины, что одновременно увеличивает саморазряд и вызывает сульфатацию батареи. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и при необходимости доливать дистиллированную воду.

Эти меры вместе с проверкой автомобиля на паразитную утечку тока в его электрооборудовании и периодической подзарядкой аккумулятора могут существенно продлить срок эксплуатации аккумуляторной батареи.

Работа свинцово-кислотного аккумулятора при низких температурах[править | править код]

По мере снижения окружающей температуры параметры аккумулятора ухудшаются, однако, в отличие от прочих типов аккумуляторов, у свинцово-кислотных аккумуляторов это снижение относительно мало, что и обуславливает их широкое применение на транспорте. Эмпирически считается, что свинцово-кислотный аккумулятор теряет ~1 % отдаваемой ёмкости при снижении температуры на каждый градус от +20 °C. То есть, при температуре −30 °C свинцово-кислотный аккумулятор покажет примерно 50 % ёмкости.

Снижение ёмкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, снижением скорости химических реакций (закон Аррениуса). Единственным способом повышения отдаваемой ёмкости является подогрев холодной батареи, как вариант — встроенным подогревателем (6СТ-190ТР-Н).

Разряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности (близкой к 1,10 г/см³) и образования кристаллов льда, что приводит к необратимому повреждению свинцовых пластин внутри аккумулятора.

Низкие температуры электролита негативно влияют на работоспособность и зарядно-разрядные характеристики аккумулятора^[16]:

• при температуре от 0 °C до −10 °C снижение зарядных и разрядных характеристик несущественно влияют на работоспособность аккумулятора;
• при температуре от −10 °C до −20 °C происходит снижение тока в стартерном режиме и ухудшение заряда;
• при температуре ниже −20 °C аккумуляторные батареи не обеспечивают надежного пуска двигателя и не способны принимать заряд от генератора.

Из-за большего внутреннего сопротивления, присущего современным аккумуляторам закрытого типа (т. н. «необслуживаемым», герметичным, герметизированным) при низких температурах по сравнению с обычными аккумуляторами (открытого типа), для них эти вопросы ещё более актуальны^[17].

Для эксплуатации транспортных средств при очень низких температурах предназначены конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом^[18].

Хранение[править | править код]

Свинцово-кислотные аккумуляторы следует хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C подзаряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,45 В/элемент 1 раз в год в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/элемент в течение 6—12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи, солей и плёнки электролита на поверхности корпуса аккумулятора создаёт проводник для тока между электродами и приводит к саморазряду аккумулятора, при глубоком разряде начинается преждевременная сульфатация пластин, и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте. Хранение свинцово-кислотных аккумуляторов в разряженном состоянии приводит к быстрой потере их работоспособности.

При длительном хранении аккумуляторов и разряде их большими токами (в стартерном режиме), или при уменьшении ёмкости аккумуляторов, нужно проводить контрольно-тренировочные циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.

При подготовке аккумуляторной батареи к зимнему хранению, что актуально для автомобилей не эксплуатируемых в холодное время года специалисты старейшей лаборатории НИИАЭ рекомендуют следующие действия:

1. Правильно и до конца зарядите аккумуляторную батарею. 2. Нанесите на положительный вывод АКБ пластичную смазку (литол, солидол и т. п.), так как плёнка электролита способна абсорбировать влагу из атмосферы, что может приводить к повышенному саморазряду. 3. Хранить аккумуляторы на холоде, так как при низких температурах саморазряд намного ниже. Электролит полностью заряженного аккумулятора начинает замерзать при температуре ниже −55 С.

В случае необходимости поездки в морозы следует перенести аккумулятор в отапливаемое помещение и в течение 7—9 часов (например, за ночь) он придёт в пригодное для пуска двигателя состояние.

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов[править | править код]

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазряд, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение ёмкости аккумуляторной батареи^[19].

При химических реакциях в аккумуляторе образуется плохо растворимое вещество — сульфит свинца PbSO₃, осаждающийся на пластинах и создающий диэлектрический слой между электролитом и активной массой. Это один из факторов, снижающих срок службы свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

Основными процессами износа свинцово-кислотных аккумуляторов являются:

• сульфатация пластин^[3], заключающаяся в образовании крупных кристаллов сульфата свинца, который препятствует протеканию обратимых токообразующих процессов;
• коррозия электродов, то есть электрохимические процессы окисления и растворения материала электродов в электролите, что вызывает осыпание материала электродов;
• слабая механическая прочность или плохое сцепление активной массы с электродными решётками, что приводит к опаданию активной массы^[3][20];
• оползание и осыпание активной массы положительных электродов, связанное с разрыхлением, нарушением однородности^[3].

Хотя батарею, вышедшую из строя по причине физического разрушения пластин, в домашних условиях восстановить нельзя, в литературе описаны химические растворы и прочие способы, позволяющие «десульфатировать» пластины. Простой, но чреватый полным отказом аккумулятора способ предполагает использование раствора сульфата магния^[3]. Раствор сульфата магния заливается в секции, после чего батарею разряжают и заряжают несколько раз. Сульфат свинца и прочие остатки химической реакции осыпаются при этом на дно банок, это может привести к замыканию элемента, поэтому обработанные банки желательно промыть и заполнить новым электролитом номинальной плотности. Это позволяет несколько продлить срок использования устройства.

Кодовый символ, указывающий на то, что свинцовые батареи могут быть вторично переработаны

Вторичная переработка для этого вида аккумуляторов играет важную роль, так как свинец, содержащийся в аккумуляторах, является токсичным тяжёлым металлом и наносит серьёзный вред при попадании в окружающую среду. Свинец и его соли должны быть переработаны для возможности его вторичного использования.

Свинец из изношенных аккумуляторов используется для кустарной переплавки, например, при изготовлении грузил рыболовных снастей, охотничьей дроби или гирь. Кустарное извлечение свинца из аккумуляторов серьезно вредит как окружающей среде, так и здоровью плавильщиков, поскольку свинец и его соединения с парами и дымом разносятся по всей округе^[21][22].

1. ↑ Курзуков Н. И., Ягнятинский В. М. Аккумуляторные батареи. Краткий справочник // М.: ООО «Книжное издательство „За рулём“». — 2008. — 88 с., ил. ISBN 978-5-9698-0236-0. (С. 15).
2. ↑ Bertrand Gille Histoire des techniques. — Gallimard, coll. «La Pléiade», 1978, ISBN 978-2070108817.
3. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8} Свинцовые аккумуляторы. Эксплуатация: Правда и вымыслы.
4. ↑ Н. Ламтев. Самодельные аккумуляторы. Москва: Государственное издательство по вопросам радио, 1936 год.
5. ↑ Как отрыть автомобильный аккумулятор: делаем батарею обслуживаемой (рус.), AkkumulyatorAvto.ru (2 августа 2017). Дата обращения 12 августа 2018.
6. ↑ Удельная электропроводность х водных растворов серной кислоты и температурный коэффициент аt (неопр.). chemport.ru. Дата обращения 1 июля 2018.
7. ↑ Концентрация и плотность серной кислоты. Зависимость плотности серной кислоты от концентрации в аккумуляторе автомобиля (рус.), FB.ru. Дата обращения 1 июля 2018.
8. ↑ http://auto.lenta.ru/news/2006/12/19/battery/ Американцы облегчили и уменьшили аккумуляторы
9. ↑ Аккумуляторы для бесперебойного питания. Статьи компании «ООО Новая система» (неопр.). aegmsk.ru. Дата обращения 12 августа 2018.
10. ↑ ^{1 2} Свинцовый кислотный аккумулятор. Устройство и принцип действия аккумулятора. (рус.). www.eti.su. Дата обращения 1 июля 2018.
11. ↑ Расчет идеального свинцового аккумулятора.
12. ↑ [1].
13. ↑ ГОСТ 26881-86 Методика проверки свинцовых аккумуляторов
14. ↑ Краткий аналитический обзор существующих способов оценки ёмкости ХИТ и приборов, реализующих эти способы (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 21 октября 2011. Архивировано 4 марта 2016 года.
15. ↑ ГОСТ Р 53165-2008: Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия
16. ↑ Руководство, 1983, с. 70.
17. ↑ Железнодорожный транспорт. — 2011. № 12. — c.35. (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 13 декабря 2015. Архивировано 22 декабря 2015 года.
18. ↑ Руководство, 1983, с. 21-23.
19. ↑ Вредные добавки к электролиту свинцовых аккумуляторов
20. ↑ О противоречиях в теории работы свинцового кислотного аккумулятора к. т. н., проф. Кочуров А. А. Рязанский военный автомобильный институт Архивировано 20 сентября 2011 года.
21. ↑ Отравление свинцом | ProfMedik Медицинский Портал (рус.)  (неопр.) ?. profmedik.ru (22 февраля 2016). Дата обращения 4 февраля 2017.
22. ↑ Кочуров. http://echemistry.ru/assets/files/books/hit/statya-o-protivorechiyah-v-teorii-raboty-svincovogo-kislotnogo-akkumulyatora.pdf (рус.). Новости. Первоуральск.Ru (17 июля 2014). Дата обращения 4 февраля 2017.

ru.wikipedia.org

устройство, разновидности, назначение, принцип работы

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 свинцово-кислотные аккумуляторы. 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 напряжения 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 напряжение 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

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

Читайте также, как правильно выбрать аккумулятор по емкости, особенности литий-ионных и никиль-кадмиевых аккмуляторов

pue8.ru

Автомобильный аккумулятор — Википедия

Автомобильная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея номинальной ёмкостью 40 А·ч, электрическое напряжение 12 В, «обратной» или «L» полярности, стандартные клеммы Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея трактора Устройство автомобильной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи на 12 В в разрезе. Батарея состоит из 6 аккумуляторов конструктивно объединённых в один общий корпус, каждый аккумулятор расположен в изолированной отдельной «банке» Схематичное изображение свинцово-кислотной 12 вольтовой аккумуляторной батареи Расположение электродов в «банке» свинцово-кислотного аккумулятора в составе аккумуляторной батареи

Автомоби́льный аккумуля́тор (точнее — автомобильная аккумуляторная кислотная^{[источник не указан 274 дня]} батарея [сокр. автомобильная АКБ] ) — тип электрической аккумуляторной батареи, применяемый на автомобильном или мототранспорте. Используется в качестве вспомогательного источника электроэнергии в бортовой сети при неработающем двигателе и для запуска двигателя.

На электротранспорте является не вспомогательным источником энергии, а основным. Такие аккумуляторы принято называть тяговыми.

Далее по тексту рассмотрена исключительно свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, поскольку, если аккумулятор не тяговый, то как «автомобильный (стартёрный) аккумулятор», будет чаще использоваться такая. Замена пользователем на иной тип (к примеру, на литиевый блок) обычно невозможна^{[источник не указан 274 дня]}, даже при подходящем напряжении, в силу совершенно разных характеристик: прежде всего, свинцово-кислотные АКБ обладают уникальным свойством автоматической остановки заряда и резком росте напряжения, как и резком падении зарядного тока, при полном заряде. При этом, использование тех же литий-ионных или литий-железо-фосфатных аккумуляторов тоже возможно, но в силу того, что они требуют дополнительной электронной схемы для контроля за их состоянием, высокой стоимости, применяются реже^[1][2][3].

На малотоннажных грузовиках, микроавтобусах и легковых автомобилях с дизельными двигателями используются аккумуляторы с электрическим напряжением 12 вольт.

Напряжение без нагрузки (напряжение при снятых клеммах) аккумулятора можно связать с примерным уровнем заряда. Если аккумулятор находится на транспортном средстве, «напряжение без нагрузки» измеряется, когда двигатель остановлен, а нагрузка полностью отключена (сняты клеммы).

Степень заряженности оценивают на отключенном от нагрузки аккумуляторе, не менее, чем через 6 часов покоя, и при комнатной температуре. В случае температуры, отличной от комнатной, вносится температурная поправка. В среднем считается, что падение температуры на 1 °C от комнатной снижает ёмкость примерно на 1 %, таким образом при −30 °C ёмкость автомобильной АКБ будет равна примерно половине от ёмкости при +20 °C.

Напряжение без нагрузки при T = 26,7 °C		Примерный заряд	Плотность электролита при T = 26,7 °C
12 В	6 В
12,65 В	6,32 В	100 %	1,265 г/см³
12,35 В	6,22 В	75 %	1,225 г/см³
12,10 В	6,12 В	50 %	1,190 г/см³
11,95 В	6,03 В	25 %	1,155 г/см³
11,70 В	6,00 В	0 %	1,120 г/см³

Напряжение без нагрузки также зависит от температуры и от плотности электролита при полном заряде. Следует заметить, что плотность электролита при одном и том же уровне заряда в свою очередь также зависит от температуры (обратная зависимость).

• Ёмкость аккумулятора, измеряющаяся в ампер-часах. Применительно к маркировке аккумулятора, значение ёмкости показывает, каким током будет равномерно разряжаться автомобильная АКБ до конечного напряжения при 20-часовом цикле разряда. Например, обозначение 6СТ-60 означает, что батарея в течение 20 часов будет отдавать ток 3 А, при этом в конце напряжение на клеммах не упадет до 10,5 В. Однако, это вовсе не означает линейную зависимость времени разряда от разрядного тока. Целый час стабильно отдавать 60 А наша батарея не сможет.

Особенностью аккумуляторов является уменьшение времени разряда с повышением разрядных токов. Зависимость времени разряда от тока разряда близка к степенной. Распространена, в частности, формула немецкого ученого Пейкерта (англ.), который установил, что: Cp=Ikt,{\displaystyle C_{p}=I^{k}t,}. Здесь Cp{\displaystyle C_{p}} — ёмкость аккумулятора, а k{\displaystyle k} — число Пейкерта — показатель степени, постоянный для данного аккумулятора или типа аккумуляторов. Для свинцовых кислотных аккумуляторов число Пейкерта обычно изменяется от 1,15 до 1,35. Величину константы в левой части уравнения можно определить по номинальной ёмкости аккумулятора. Тогда, после нескольких преобразований, получим формулу для реальной ёмкости аккумулятора E{\displaystyle E} при произвольном токе разряда I{\displaystyle I}:

E=En(InI)p−1{\displaystyle E=E_{n}\left({\frac {I_{n}}{I}}\right)^{p-1}}.

Здесь En{\displaystyle E_{n}} — номинальная ёмкость аккумулятора, а In{\displaystyle I_{n}} — номинальный ток разряда, при котором задана номинальная ёмкость (обычно ток 20-часового или 10-часового цикла разряда).

Ёмкость аккумулятора, как правило, выбирается исходя из рабочего объёма двигателя (больший объём — бо́льшая мощность стартёра — бо́льшая ёмкость АКБ), его типа (для дизельных ёмкость автомобильной АКБ должна быть больше, чем для бензиновых при равном объёме цилиндров) и условий эксплуатации (для районов с холодным климатом ёмкость увеличивают, по причине снижения ёмкости АКБ при отрицательных температурах и затруднения пуска двигателя стартёром из-за загустения масла).

• Резервная ёмкость. В отличие от номинальной ёмкости, которая определяется разрядом относительно малым током, резервная ёмкость показывает, сколько времени способен проехать автомобиль зимней ночью при неисправности генератора. Ток разряда принимается равным 25 А, поскольку зимней ночью очень много энергии уходит на освещение и обогрев салона. При этом нельзя просто разделить номинальную ёмкость автомобильной АКБ на 25 А. При таком токе резервная ёмкость составит примерно 2/3 от номинальной. Как правило, значение резервной ёмкости указывается на маркировке автомобильной АКБ в минутах.
• Пусковой ток. Или ток холодной прокрутки (cold cranking amps CCA). Максимальный ток, который способен отдавать аккумулятор без посадки напряжения на клеммах ниже 9В в течение 30 секунд при −18 °C по ГОСТ 53165-2008.

• При температуре окружающего воздуха –10 °C зарядные характеристики аккумулятора, не имеющего обогрева, из-за охлаждения ухудшаются, а при температуре ниже –30 °C заряд от штатного генератора автомобиля практически отсутствует^[4]. Температура электролита в аккумуляторе, установленном на автомобиле, на 5—7 °C выше температуры окружающей среды и изменяется вслед за ней с запаздыванием на 4—5 часа. В режиме длительного движения за 10—12 часов температура электролита в не обогреваемых аккумуляторных батареях повышается на 2—3 °C, а при наличии обогреваемого отсека для аккумуляторных батарей на 5—7 °C. Поэтому, для надёжной эксплуатации в условиях низких температур применяются конструкции аккумулятора с внутренним электроподогревом^[5][6].

Аккумулятор автомобиля содержит химические вещества, которые при взаимодействии производят электрический ток. Два разнородных металла помещаются в кислотную среду, которая называется электролитом. Возникает поток электронов и электроны из одной группы пластин переходят в другую.

Батарея заряжена

Полностью заряженная батарея содержит отрицательную пластину губчатого свинца (Pb) — катод, положительную пластину диоксида свинца (PbO₂) – анод, и электролит из раствора серной кислоты (H₂SO₄) и воды (H₂O).

Батарея разряжается

Когда аккумулятор разряжается, диоксид свинца на катоде восстанавливается, на аноде свинец окисляется. Металлы обоих пластин вступают в реакцию с SO₄, в результате образуется сульфат свинца (PbSO₄). Водород (H₂) из серной кислоты вступает в реакцию с кислородом (O₂) из положительной пластины и образуется вода (H₂O). При этом расходуется серная кислота и образуется вода. Правильная зарядка во многом определяет ресурс службы батареи.^[7]

Батарея разряжена

В полностью разряженном аккумуляторе обе пластины покрыты сульфатом свинца (PbSO₄), а электролит разбавлен до большей степени водой (H₂O).

Батарея заряжается

Автомобильный аккумулятор после взрыва

Процесс противоположен разрядке.

Сульфат (SO₄) покидает пластины и объединяется с водородом (H₂), превращаясь в серную кислоту (H₂SO₄). Свободный кислород (O₂) объединяется со свинцом (Pb) на положительной пластине с образованием диоксида свинца (PbO₂). Когда батарея приближается к полной зарядке, водород образуется на отрицательных пластинах, а кислород — на положительных, происходит газообразование. Выделяющийся газ взрывоопасен.

Тип батареи

В основном используется свинцово-кислотный тип. Собственно батарея состоит из 6 аккумуляторов (банок), каждая номинальным напряжением около 2,2 вольта, соединённых последовательно в батарею. Обычный электролит представляет собой смесь дистиллированной воды и серной кислоты с плотностью в пределах 1,23-1,31 г/см³ (чем больше плотность электролита, тем более морозостойкая батарея), но сейчас появились автомобильные АКБ построенные на базе технологии AGM (Absorbent Glass Mat), электролит в которых абсорбирован в стеклянном волокне^{[уточнить]}, а также т. н. гелевые аккумуляторы, где электролит загущается до гелеобразного состояния силикагелем (технология носит название GEL).

Размеры

Так сложилось, что при разработке нового типа или даже марки автотехники нередко приходилось разрабатывать под неё новую автомобильную АКБ. В дальнейшем производители разработали большую номенклатуру различных аккумуляторов, существенно различающихся типоразмерами и электрическими характеристиками. Для тяжёлых грузовиков и спецмашин, имеющих бортовую сеть 24 вольта, применяются две одинаковые 12-вольтовые батареи, соединённые последовательно или одна 24-вольтовая батарея (редко).

В настоящее время существует несколько форм-факторов батарей. Аккумуляторы для японского и европейских рынков могут иметь разные размеры.

Полярность

Варианты расположения контактов автомобильных аккумуляторов: 0 — Азия, 1 — Европа, 3 — требующие последовательного соединения 2 АКБ по 12 В для получения суммарного напряжения 24 В (обычно для дизельных грузовых автомобилей и тяжёлой техники)

«Обратная» или «прямая». Определяет расположение электродов на корпусе автомобильной АКБ. Для автомобилей отечественного выпуска характерна прямая полярность, при которой плюсовая клемма находится слева, а минусовая — справа, при положении аккумулятора «клеммы ближе к вам». Установить чужую батарею, например «европейскую» на японский автомобиль, зачастую бывает невозможно. Может потребоваться удлинение проводов.

Диаметр контактных клемм

В типе Euro — type 1 — 19,5 мм «плюсовая» клемма и 17,9 мм «минусовая» клемма. Тип Asia — Type 3 — 12,7 мм у «плюсовой» клеммы, — и 11,1 мм у клеммы «минус»^[8]. Выпускаются «колпачки» — переходники с тонких клемм на толстые.

Тип крепления

В конкретном транспортном средстве может быть реализован один из типов крепления автомобильной АКБ — верхнее или нижнее. В ряде автомобилей конструкции для закрепления батареи может быть не предусмотрено. Обозначения типов нижнего крепления следующие: B00, B01, B03, B13.

Необходимость обслуживания

По этому принципу автомобильные АКБ классифицируют на два типа: обслуживаемые (и как их подкатегория — малообслуживаемые) и необслуживаемые (в тексте ГОСТа обозначенные как безуходные). В простых по конструкции аккумуляторах необходим регулярный контроль состояния электролита и регулярная подзарядка по специальной технологии с помощью стационарного зарядного устройства. На промышленных предприятиях для ухода за автомобильными аккумуляторами есть специально обученные люди (аккумуляторщики) а также зарядные станции.

Однако «необслуживаемые» автомобильные АКБ — это не значит, что за такой батареей совсем не нужен уход. Как правило, необслуживаемая батарея имеет встроенный индикатор-ареометр, по цвету которого определяется плотность электролита — зелёный поясок при нормальной плотности, красный или белый — при низкой (батарея подлежит замене). Также необходимо периодически контролировать уровень электролита по меткам на корпусе. На всех автомобильных АКБ во избежание повреждения аккумуляторного отсека кислотой необходимо контролировать герметичность корпуса, заливных пробок и чистоту дренажных отверстий, а при появлении признаков электролита устранить течь и тщательно промыть корпус и отсек автомобильной АКБ нейтрализующим щелочным составом. Также необходимо периодически тщательно очищать и смазывать клеммы литиевой смазкой, во избежание их электрокорозийного разрушения.

• Различные типы аккумуляторов обладают разными особенностями, которые не позволяют однозначно назвать «лучший» тип аккумулятора. Можно говорить только о лучшей применимости различных типов аккумуляторов в разных условиях. Так, например, современные «кальциевые» аккумуляторы обладают низким саморазрядом, не требуют обслуживания, однако не терпят глубоких разрядов, например, при коротких поездках в зимние морозы, или длительной стоянке автомобиля. В то же время, для «обслуживаемых» (практически не производятся) и «малообслуживаемых» аккумуляторов глубокий разряд не столь губителен, зато такие типы аккумуляторов требуют доливки дистиллированной воды (при исправном электрооборудовании и среднем пробеге — примерно 1 раз в 4—7 месяцев).
• С понижением температуры падает способность аккумулятора «принимать заряд». Поэтому короткие поездки в зимние морозы, особенно с включёнными фарами, могут довольно быстро привести к полному разряду даже абсолютно исправного аккумулятора. Это приводит не только к невозможности запуска мотора, но и к сокращению срока службы аккумулятора, особенно «кальциевого».
• Зимой аккумулятор рекомендуется периодически снимать с автомобиля и заряжать зарядным устройством после согревания на воздухе до положительной температуры. Согревать холодный аккумулятор в горячей воде нежелательно по причине возможного частичного осыпания активной массы пластин из-за быстрых температурных деформаций.
• Существует мнение^[где?] о недопустимости установки на автомобиль аккумулятора с повышенной ёмкостью, так как при большей ёмкости автомобильная АКБ якобы не будет успевать заряжаться. Однако, энергия, потраченная на пуск двигателя, не зависит от ёмкости, поэтому при исправном генераторе будет восполнена в автомобильной АКБ за одно и то же время. Также опасение у некоторых вызывает возможность сгорания стартера, однако потреблённый стартером ток зависит не от ёмкости автомобильной АКБ, а только от его внутреннего сопротивления и условий пуска. Для районов с суровыми зимами рекомендуется установка автомобильной АКБ повышенной ёмкости. При этом аккумулятор способен будет отдать больший ток при пуске, увеличивается количество попыток пуска, уменьшается относительный разряд батареи, что увеличивает надёжность и продлевает срок службы^[9]. Однако, у менее ёмкого аккумулятора скорее всего просадка напряжения в момент пуска двигателя больше, чем у более ёмкого, а значит и возможный максимальный ток тоже меньше, чем у более ёмкого, так что, возможно, доля правды в этом мифе всё-таки присутствует. Однако, следует иметь в виду, что аккумулятор большей ёмкости (нежели штатный) требует и большего времени для полной зарядки, если он сильно разряжен. А это случается зимой довольно часто, так как такой аккумулятор позволяет долго крутить стартер. Также, чем больше ёмкость, тем желательнее больший зарядный ток. Особенностью свинцово-кислотных аккумуляторов является то, что они сильно снижают свой ресурс, если заряжены не на 100 %, вследствие возникающей необратимой сульфатации. Поэтому, если в зимнее время аккумулятор с большей ёмкостью будет всё-таки сильно разряжен долгими попытками пуска, то вероятность выхода его из строя будет выше из-за нехватки времени на полный восстановительный заряд, что в ряде случаев усугубится также недостаточно сильным током, выдаваемым штатным генератором, особенно в режиме холостого хода. Следовательно, для продления ресурса аккумулятора большей ёмкости зимой следует его периодически снимать, отогревать и заряжать. Иначе, постоянно недозаряженный аккумулятор прослужит недолго, и единственным плюсом его применения будет увеличенное время прокрутки мотора и величина стартового тока, которые начнут неуклонно уменьшаться вследствие сульфатации, вплоть до полной непригодности аккумулятора. Также следует учитывать, что аккумулятор существенно бо́льшей ёмкости будет иметь бо́льшие габаритные размеры и может не поместиться в отсеке для аккумуляторной батареи. В интернете можно встретить утверждение, что в условиях низких температур зимой процесс сульфатации пластин происходит крайне медленно в силу особенностей прохождения химической реакции, однако следует критически относиться к этому утверждению, так как в процессе работы аккумулятор нагревается, и, следовательно, сульфатация всё же имеет место.
• Крайне нежелательно заменять аккумулятор при работающем двигателе, поскольку связанные с отключением и подключением аккумулятора скачки напряжения могут вывести из строя электрооборудование автомобиля. При необходимости замены аккумулятора при работающем двигателе, для минимизации скачка напряжения необходимо перед отключением аккумулятора включить в автомобиле максимальное количество электроприборов (фары, мотор «печки», магнитолу, обогрев заднего стекла и т. д.). Подключение каждой клеммы должно производиться быстро, без многократного касания клеммой вывода аккумулятора. Обороты двигателя не должны превышать холостых. В идеале отключаемый/подключаемый аккумуляторы и клеммы автомобиля необходимо временно соединить параллельно проводами, после чего отсоединить все провода от отключаемого аккумулятора, установить подключаемый, надеть на него клеммы, и в самом конце отсоединить временные провода от клемм автомобиля и от подключённого аккумулятора. Таким образом достигается заведомо постоянное соединение какого-либо из аккумуляторов, и практически нивелируются нежелательные скачки напряжения.
• При севшем аккумуляторе, т. н. «прикуривание» от другой автомашины необходимо осуществлять с тщательным соблюдением определённого набора правил, определяемых производителем автомобиля. Нарушение этих правил может оказаться причиной выхода из строя оборудования автомобиля.

• Каштанов В. П., Титов В. В., Усков А. Ф. и др. Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи. Руководство.. — М.: Воениздат, 1983. — С. 21—23, 176. — 148 с.

Стандарты в Российской Федерации[править | править код]

В России к автомобильным аккумуляторным батареям и аккумуляторам предъявляются ряд нормативных требований, в частности действует ряд ГОСТов:

Общие

• ГОСТ Р 58092.1-2018 «Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Термины и определения»
• ГОСТ 15596-82 «Источники тока химические. Термины и определения» / Сборник стандартов «Электротехника. Термины и определения». Часть 2 // М.: Стандартинформ, 2005. Текст документа на сайте «Техэксперт».
• ГОСТ 33667-2015 «Автомобильные транспортные средства. Наконечники проводов к выводам аккумуляторных батарей и стартеров. Технические требования и методы испытаний»
• ГОСТ Р ИСО 6469-1-2016 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Требования безопасности. Часть 1. Системы хранения энергии аккумуляторные бортовые»
• ГОСТ Р МЭК 62485-3-2013 «Батареи аккумуляторные и аккумуляторные установки. Требования безопасности. Часть 3. Тяговые батареи»
• ГОСТ Р МЭК 61982-1-2011 «Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах. Часть 1. Параметры испытаний»
• ГОСТ Р МЭК 61982-2018 «Батареи аккумуляторные для использования на электрических дорожных транспортных средствах, за исключением литиевых батарей. Методы испытаний для определения рабочих характеристик и выносливости»
• ГОСТ 8771-76 «Битум нефтяной для заливочных аккумуляторных мастик. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3)
• ГОСТ 10273-79 «Графит для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3)

По свинцово-кислотным

• ГОСТ Р 53165-2008 (МЭК 60095-1:2006) «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия» // М.: Стандартинформ, 2009. Текст документа на сайте «Техэксперт».
• ГОСТ 6851-2003 «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные и нестартерные для мотоциклетной техники. Общие технические условия»
• ГОСТ Р МЭК 61430-2004 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи. Методы испытаний функционирования устройств, предназначенных для уменьшения взрывоопасности. Свинцово-кислотные стартерные батареи»
• ГОСТ Р МЭК 60254-2-2009 «Батареи аккумуляторные свинцово-кислотные тяговые. Часть 2. Размеры аккумуляторов и выводов и маркировка полярности аккумуляторов»
• ГОСТ 6980-76 «Моноблоки эбонитовые аккумуляторные для автомобилей, автобусов и тракторов. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3, 4)
• ГОСТ 667-73 «Кислота серная аккумуляторная. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3)
• ГОСТ 11380-74 «Барий сернокислый аккумуляторный. Технические условия» (с изменениями №№ 1, 2)

По никель-металлгидридным

• ГОСТ Р МЭК 62675-2017 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Герметичные призматические никель-металлгидридные аккумуляторы»
• ГОСТ Р МЭК 61436-2004 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-металл-гидридные герметичные»

По никель-кадмиевым

• ГОСТ Р МЭК 60623-2008 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-кадмиевые открытые призматические»
• ГОСТ 27174-86 (МЭК 623-83) «Аккумуляторы и батареи аккумуляторные щелочные никель-кадмиевые негерметичные емкостью до 150 А·ч. Общие технические условия» (с изменениями №№ 1, 2, 3, 4, 5)
• ГОСТ Р МЭК 60622-2010 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Герметичные никель-кадмиевые призматические аккумуляторы»
• ГОСТ Р МЭК 62259-2007 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной и другие некислотные электролиты. Аккумуляторы никель-кадмиевые призматические с газовой рекомбинацией»

По литий-ионным

• ГОСТ Р 56229-2014/ISO/IEC PAS 16898:2012 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Аккумуляторы литий-ионные. Обозначение и размеры»
• ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014 «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 1. Определение рабочих характеристик»
• ГОСТ Р МЭК 62660-2-2014 «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 2. Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов»
• ГОСТ Р 58152-2018 (МЭК 62660-3:2016) «Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 3. Требования безопасности»
• ГОСТ Р ИСО 12405-1-2013 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Методы испытаний тяговых литий-ионных батарейных блоков и систем. Часть 1. Высокомощные применения»
• ГОСТ Р ИСО 12405-2-2014 «Транспорт дорожный на электрической тяге. Технические требования к испытаниям модулей и систем тяговых литий-ионных батарей. Часть 2. Высокоэнергетическое применение»
• ГОСТ Р МЭК 62620-2016 «Аккумуляторы и аккумуляторные батареи, содержащие щелочной или другие некислотные электролиты. Аккумуляторы и батареи литиевые для промышленных применений» (распространяется в том числе на аккумуляторы и аккумуляторные батареи для вилочных погрузчиков, гольф-каров, автоматизированных транспортных средств для контейнеров, железнодорожный, морской транспорт)

ru.wikipedia.org

Электрический аккумулятор — Википедия

Зарядное устройство «Duracell», для заряжания как аккумуляторов типоразмеров AA и AAA (видны пружинные прижимы для них), так и аккумуляторные батареи типа «Крона». Во время зарядки горят индикаторы

Электри́ческий аккумуля́тор — химический источник тока, источник ЭДС многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Термин «аккумулятор» используется для обозначения отдельного элемента: например, аккумулятор, аккумуляторная банка, аккумуляторная ячейка. Но, разговорной речи на бытовом уровне может также применяться в отношении нескольких отдельных элементов, соединённых последовательно (для увеличения напряжения) или параллельно (для увеличения силы тока) друг с другом, то есть для обозначения аккумуляторной батареи.

Первый прообраз аккумулятора, который, в отличие от батареи Алессандро Вольты, можно было многократно заряжать, был создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества^[1].

Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Работоспособность аккумулятора может быть восстановлена путём заряда, то есть пропусканием электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь, составляют аккумуля́торную батаре́ю.

Свинцово-кислотный аккумулятор[править | править код]

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в растворе серной кислоты.

Химическая реакция (слева направо — разряд, справа налево — заряд):

Pb+SO42−−2e−⇆PbSO4{\displaystyle Pb+SO_{4}^{2-}-2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}}

PbO2+SO42−+4H++2e−⇆PbSO4+2h3O{\displaystyle PbO_{2}+SO_{4}^{2-}+4H^{+}+2e^{-}\leftrightarrows PbSO_{4}+2H_{2}O}

Литий-ионный аккумулятор[править | править код]

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделённых пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который внедряется (интеркалируется) в кристаллическую решетку других материалов (например, в графит, оксиды и соли металлов) с образованием химической связи (например: в графит с образованием LiC₆, оксиды (LiMO₂) и соли (LiMRON) металла).

Алюминий-ионный аккумулятор состоит из металлического алюминиевого анода, катода из графита в виде пены и жидкого ионного невоспламеняющегося электролита. Батарея работает по принципу электрохимического осаждения: происходит растворение алюминия на аноде, далее в среде жидкого электролита анионы хлоралюмината интеркалируют в графит. Количество возможных перезарядок батареи — более 7,5 тыс. циклов без потери мощности^[2][3].

Ёмкость аккумулятора[править | править код]

За ёмкость аккумулятора чаще всего принимают количество электричества равное 1 Кл, при силе тока 1 А в течение 1 с, (при переводе времени в часы получаем 1 А*ч=3600 Кл). Однако принимают, а не измеряют. Существует распространенное заблуждение, что ёмкость аккумулятора измеряется в А*ч, это не совсем так, т. к. в 1 А*с=1 Кл или 1 А*ч=3600 Кл измеряется количество электричества или электрический заряд; по формуле Q= I*t, где Q -количество электричества или электрический заряд, I — сила тока, t — время протекания электрического тока. Например, обозначение «12 В на 55 А*ч» означает, что аккумулятор выдаёт количество электричества 198 кКл (кило Кулон) по какому-либо контуру, при токе разряда 55 А за 1 ч (3600 с) до порогового напряжения 10,8 В. Расчёт показывает, что при токе разряда в 255 А аккумулятор разрядится за 12,9 минут. Как видно 55 А*ч — это не ёмкость (электрическая ёмкость измеряется в Фарадах, 1 Ф= 1 Кл/В). Поэтому на аккумуляторе написано количество электричества Q, которое он выдаёт при определённом токе разряда и определённом времени его прохождения.^{[источник не указан 1004 дня]}

Плотность энергии[править | править код]

Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма или единицу веса аккумулятора (см. ст. Плотность энергии).

Саморазряд[править | править код]

Саморазряд — это потеря аккумулятором заряда после полной зарядки при отсутствии нагрузки. Саморазряд проявляется по-разному у разных типов аккумуляторов, но всегда максимален в первые часы после заряда, а после — замедляется.

Для Ni-Cd аккумуляторов считают допустимым не более 10 % саморазряда за первые 24 часа после проведения зарядки. Для Ni-MH саморазряд чуть меньше. У Li-ion он пренебрежимо мал и значительно себя проявляет только в течение нескольких месяцев.

В свинцово-кислотных герметичных аккумуляторах саморазряд составляет около 40 % за 1 год хранения при 20°С, 15 % — при 5°С. Если температуры хранения более высокие, то саморазряд возрастает: батареи при 40°С теряют ёмкости 40 % всего за 4-5 месяцев.

Температурный режим[править | править код]

Следует беречь аккумуляторы от огня и воды, чрезмерного нагревания и охлаждения, резких перепадов температур.

Не следует использовать аккумуляторы при температурах выше +50°С и ниже −25°С. При эксплуатации аккумулятора в условиях «холодной зимы» рекомендуется его снимать и хранить в тёплом помещении. Нарушение температурного режима может привести к сокращению срока службы или потере работоспособности.

Тип аккумулятора[править | править код]

Тип аккумулятора определяется используемыми материалами. Различают следующие:

• Cn-Po — Графен-полимерный аккумулятор.
• La-Ft — лантан-фторидный аккумулятор
• Li-Ion — литий-ионный аккумулятор (3,2-4,2 V), общее обозначение для всех литиевых аккумуляторов
  • Li-Co — литий-кобальтовый аккумулятор, (3,6 V), на базе LiCoO₂, технология в процессе освоения
  • Li-Po — литий-полимерный аккумулятор (3,7 V), полимер в качестве электролита
  • Li-Ft — литий-фторный аккумулятор
  • Li-Mn — литий-марганцевый аккумулятор (3,6 V) на базе LiMn₂O₄
  • LiFeS — литий-железно-сульфидный аккумулятор (1,35 V)^{[источник не указан 603 дня]}
  • LiFeP или LFP — Литий-железно-фосфатный аккумулятор (3,3 V) на базе LiFePO₄
    • LiFeYPO₄ — литий-железо-иттрий-фосфатный (Добавка иттрия для улучшения свойств)
  • Li-Ti — литий-титанатный аккумулятор (3,2 V) на базе Li₄Ti₅О₁₂
  • Li-Cl — литий-хлорный аккумулятор (3,99 V)
  • Li-S — литий-серный аккумулятор (2,2 V)
  • LMPo — литий-металл-полимерный аккумулятор
• Fe-air — железо-воздушный аккумулятор
• Na/NiCl — никель-солевой аккумулятор (2,58 V)
• Na-S — натрий-серный аккумулятор, (2 V), высокотемпературный аккумулятор
• Ni-Cd — никель-кадмиевый аккумулятор (1,2 V)
• Ni-Fe — железо-никелевый аккумулятор (1,2-1,9 V)
• Ni-H₂ — никель-водородный аккумулятор (1,5 V)
• Ni-MH — никель-металл-гидридный аккумулятор (1,2 V)
• Ni-Zn — никель-цинковый аккумулятор (1,65 V)
• Pb — свинцово-кислотный аккумулятор (2 V)
• Pb-H — свинцово-водородный аккумулятор
• Ag-Zn — серебряно-цинковый аккумулятор (1,85 V)
• Ag-Cd — серебряно-кадмиевый аккумулятор (1,6 V)
• Zn-Br — цинк-бромный аккумулятор (1,8 V)
• Zn-air — цинк-воздушный аккумулятор
• Zn-Cl — цинк-хлорный аккумулятор
• RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) — перезаряжаемая разновидность марганцево-цинкового щелочного гальванического элемента (1,5 V)^{[источник не указан 931 день]}
• Ванадиевый аккумулятор (1,41 V)^{[источник не указан 931 день]}
• Алюминиево-графитный аккумулятор (2 V)^{[источник не указан 931 день]}
• Алюминиево-ионный аккумулятор (2 V)^[4]

Электрические и эксплуатационные характеристики аккумулятора зависят от материала электродов и состава электролита. Сейчас наиболее распространены следующие аккумуляторы:

Тип	ЭДС (В)	Область применения
свинцово-кислотные Pb	2,1	троллейбусы, трамваи, воздушные суда, автомобили, мотоциклы, электропогрузчики, штабелеры, электротягачи, аварийное электроснабжение, источники бесперебойного питания
никель-кадмиевые Ni-Cd	1,2	замена стандартного гальванического элемента, строительные электроинструменты, троллейбусы, воздушные суда
никель-металл-гидридные Ni-MH	1,2	замена стандартного гальванического элемента, электромобили
литий-ионные Li‑ion	3,7	мобильные устройства, строительные электроинструменты, электромобили
литий-полимерные Li‑pol	3,7	мобильные устройства, электромобили
никель-цинковые Ni-Zn	1,6	замена стандартного гальванического элемента

Форм-факторы[править | править код]

Литий-ионный аккумулятор форм-фактора 18650

Внешний аккумулятор[править | править код]

Внешний аккумулятор (аккумуляторная батарея) (англ. power bank) — устройство для многократной подзарядки мобильного устройства (телефона, смартфона, планшетного компьютера) при отсутствии источника переменного тока (электросети).

Причиной появления этих устройств стало то, что при активном использовании современных смартфонов и планшетов заряда их аккумуляторов хватает на сравнительно короткое время — полдня или день. Для их зарядки в полевых условиях и были разработаны портативные аккумуляторы^[5][6]. Типичный вес таких устройств — от нескольких сотен грамм, ёмкость от нескольких тысяч мА*ч до 10-20 А*ч^[7]. С их помощью можно зарядить телефон 2-3 раза. Чаще всего они предоставляют для подключения порт USB. Некоторые из них имеют разъёмы или переходники для популярных разъёмов мобильных телефонов. Внешние аккумуляторы больших ёмкостей могут иметь переходники для зарядки ноутбуков. Иногда на внешних аккумуляторах имеется индикатор заряда или встроенный светодиодный фонарик.

В большинстве случаев возможность систематического использования аккумуляторов есть только в портативных устройствах радиосвязи и иной цифровой технике, где используются литий-ионные аккумуляторы и система контроля заряда-разряда встроена в устройство. В бюджетном сегменте «простые» никель-металл-гидридные и никель-кадмиевые аккумуляторы используются в качестве бюджетной замены щелочных элементов питания (батареек). В качестве источника тока для бюджетного аккумуляторного электроинструмента используются никель-кадмиевые аккумуляторы.

Если в первом случае обычно есть возможность выбирать между бюджетным устройством «стандартного» заряда и зарядным устройством с контролем заряда (капельный заряд, импульсный заряд, ускоренный заряд с контролем напряжения и т. д.), то во втором случае изделие комплектуется, как правило, с трансформаторным источником питания для зарядки постоянным током, что при несоблюдении технических условий эксплуатации аккумулятора снижает срок его службы.

По мере исчерпания химической энергии напряжение и ток падают, аккумулятор перестаёт действовать. Зарядить аккумулятор (батарею аккумуляторов) можно от любого источника постоянного тока с бо́льшим напряжением при ограничении тока. Наиболее распространённым считается зарядный ток (в амперах), пропорциональный 1/10 условной номинальной ёмкости аккумулятора (в ампер⋅часах).

Однако, основываясь на техническом описании, распространяемом изготовителями широко применяемых электрических аккумуляторов (NiMH, NiCd), можно сделать предположение о том, что данный режим заряда, обычно именуемый стандартным, рассчитывается исходя из продолжительности восьмичасового рабочего дня, когда разряженный в конце рабочего дня аккумулятор подключается к сетевому зарядному устройству до начала нового рабочего дня. Применение такого режима заряда для этих типов аккумуляторов при систематическом использовании позволяет соблюсти качественно-стоимостной баланс эксплуатации изделия. Таким образом, с подачи изготовителя данный режим можно применять только для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов.

Многие типы аккумуляторов имеют различные ограничения, которые необходимо учитывать при зарядке и последующей эксплуатации, например NiMH-аккумуляторы чувствительны к перезаряду, литиевые — к переразряду, напряжению и температуре. NiCd- и NiMH-аккумуляторы имеют так называемый эффект памяти, заключающийся в снижении ёмкости в случае, когда зарядка осуществляется при не полностью разряженном аккумуляторе. Также эти типы аккумуляторов обладают заметным саморазрядом, то есть они постепенно теряют заряд, не будучи подключенными к нагрузке. Для борьбы с этим эффектом может применяться капельная подзарядка.

Методы заряда аккумуляторов[править | править код]

Для заряда аккумуляторов применяется несколько методов; как правило, метод заряда зависит от типа аккумулятора^[8].

Медленный заряд постоянным током

Заряд постоянным током, пропорциональным 0,1-0,2 условной номинальной ёмкости Q в течение примерно 15-7 часов соответственно.

Самый длительный и безопасный метод заряда. Подходит для большинства типов аккумуляторов.

Быстрый заряд

Заряд постоянным током, пропорциональным 1/3 Q в течение примерно 3—5 часов.

Ускоренный или «дельта-V» заряд

Заряд с начальным током заряда, пропорциональным величине условной номинальной ёмкости аккумулятора, при котором постоянно измеряется напряжение аккумулятора и заряд заканчивается после того, как аккумулятор полностью заряжен. Время заряда — примерно час-полтора. Возможен разогрев аккумулятора и даже его разрушение.

Реверсивный заряд

Выполняется чередованием длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда. Реверсивный метод наиболее полезен для заряда NiCd и NiMH аккумуляторов, для которых характерен т. н. «эффект памяти».

ru.wikipedia.org

Устройство аккумулятора

Базовый принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора (АКБ), определяемый термином «двойная сульфатация», был разработан (изобретен) более полутора веков назад в районе 1860 года и с тех пор никаких принципиальных новшеств не претерпел. Появилось достаточное количество специализированных моделей, но устройство аккумулятора выпущенного вчера в Японии или производимого сегодня в России или в Германии, такое же, как и устройство самой первой батареи собранной «на коленке» во Франции, с неизбежными улучшениями и оптимизацией.

Назначение

АКБ в обычном автомобиле предназначен для работы стартера при запуске двигателя и для устойчивого снабжения заданного вольтажа электроэнергией, многочисленного электрооборудования. При этом роль автомобильного аккумулятора, как «энергетического буфера», при недостаточном поступлении энергии от генератора не менее важна. Типичный пример подобного режима – при работе двигателя на холостых оборотах во время стояния в пробке. В такие моменты весь электропакет и дополнительное сервис-оборудование запитаны только от аккумулятора. Критически важна роль кислотного аккумулятора при аварийных форс-мажорах: поломка генератора, регулятора напряжения, выпрямителя тока, при обрыве ремня генератора.

Правила подзарядки

Подзарядка свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора в штатном режиме производится от генератора. При интенсивной работе батареи требуется ее дополнительная подзарядка в стационарных условиях через специальное зарядное устройство. Особенно это актуально в зимнее время, когда возможность холодной батареи принимать заряд резко снижается, а потребление энергии на раскрутку мотора на морозе возрастает. Поэтому зарядку автомобильного АКБ необходимо проводить в тепле после его согревания естественным образом.

Важно! Ускорение согревания батареи горячей водой или феном недопустимо, так как реально разрушение пластин вследствие резкого перепада температур. При опадении наполнителя на дно банок, резко возрастает возможность саморазряда за счет замыкания пластин.
Для так называемых «кальциевых» аккумуляторов, недопущение полного или значительного разряда критически важно, потому что ресурс этого типа батарей ограничен 4-5 циклами полной разрядки, после чего аккумулятор приходит в негодность.

В современных гибридных автомобилях и в электромобилях аккумуляторная батарея имеет повышенные размеры и емкость, обеспечивая движение. Их так и называют – тяговые. В «чистых» электромобилях только аккумуляторы являются поставщиком энергии для движения и работы всего электрооборудования, отчего имеют значительные размеры и в разы большую емкость, чем батарея в «классическом» автомобиле с карбюраторным двигателем. Например: танковые, тепловозные, на подводных лодках и так далее. Хотя принцип кислотного аккумулятора во всех случаях одинаков за исключением размеров.

Устройство кислотного АКБ и принцип его работы

Устройство кислотной АКБ (свинцово-кислотного) различного назначения, от разных производителей отличается не принципиально и в тезисной форме выглядит следующим образом:

1. пластиковый контейнер-корпус из инертного, устойчивого к агрессивной среде материала;
2. в общем корпусе располагается несколько модулей-банок (как правило шесть), которые являются полноценными источниками тока и соединяются между собой тем или иным способом в зависимости от основных задач;
3. в каждой банке располагаются плотные пакеты, состоящие последовательно из разделенных диэлектрическими сепараторами отрицательно и положительно заряженных пластин (свинцовый катод и анод из диоксида свинца соответственно). Каждая пара пластин является источником тока, их параллельное соединение кратно увеличивает выдаваемое на напряжение;
4. пакеты залиты раствором химически чистой серной кислоты, разбавленной до определенной плотности дистиллированной водой.

Работа кислотного аккумулятора

В процессе работы кислотного аккумулятора на катодных пластинах образуется сульфат свинца и выделяется энергия в виде электрического тока. За счет выделяемой в процессе электрохимической реакции воды плотность кислотного электролита падает, он становится менее концентрированным. При подаче напряжения на клеммы в процессе зарядки происходит обратный процесс с восстановлением свинца до металлической формы и повышается концентрация электролита.

Как устроена щелочная батарея и принцип ее работы

Устройство щелочной батареи аналогично таковому у кислотного. Но положительно и отрицательно заряженные пластины имеют другой элементный состав, а в качестве электролита используется раствор едкого кали определенной плотности. Есть и другие отличия — в самом корпусе контейнера, выводе клемм и в наличии мелкосетчатой «рубашки» вокруг каждой отдельной пластины.

Отрицательные катоды традиционного щелочного аккумулятора выполнены из губчатого кадмия с примесью губчатого железа, положительные – из гидроокиси трехвалентного никеля с добавлением чешуйчатого графита, добавка которого, обеспечивает лучшую электропроводность катода. Пары пластин параллельно соединяются между собой в банках, которые тоже соединены параллельно. В процессе зарядки щелочного аккумулятора двухвалентный никель в гидрате закиси меняет валентность до значения «8» и превращается в гидрат окиси; соединения кадмия и железа восстанавливаются до металлов. При разрядке процессы противоположны.

Достоинства щелочной АКБ

К достоинствам щелочного типа относятся:

• внутреннее устройство обеспечивает повышенную устойчивость к механическим нагрузкам, в том числе к тряске и ударам;
• разрядные токи могут быть значительно выше, чем у кислотного аналога;
• в принципе отсутствует испарение/выделение вредных веществ с газами;
• легче и меньше при равных емкостях;
• имеют очень высокий ресурс и служат в 7-8 раз дольше;
• для них не является критичными перезаряд или недозаряд;
• эксплуатация их проста.

По достижении максимального возможного заряда и при продолжении подключения к зарядному устройству никаких отрицательных электрохимических процессов с элементами не происходит. Просто начинается электролиз воды на водород и кислород с ростом концентрации едкого кали и падением уровня электролита, что безопасно и легко компенсируется добавлением дистиллированной воды.
Очевидно, что имеются показатели, по которым этот тип аккумуляторов хуже кислотного:

• использование дорогостоящих материалов повышает стоимость на единицу емкости до четырех раз;
• более низкое – 1,25 В против 2 и выше В — напряжение на элементах.

Заключение

Правильная эксплуатация любого типа АКБ обеспечивает его долгую и надежную работу, что не только позволяет экономить финансы, но и гарантирует большую безопасность и комфорт при езде на автомобиле.

znanieavto.ru