Принцип работы аккумуляторной батареи: Автомобильный аккумулятор — устройство, работа, параметры

Аккумуляторная батарея: устройство, принцип работы, типы

Мы не представляем жизни без них. Они окружают нас повсюду. Лежат у людей в карманах, висят дома на стенах, установлены в каждом автомобиле и общественном транспорте, даже стационарные компьютеры не работают без них, не говоря уже о ноутбуках. Человечество в окружении этих элементов под названием аккумуляторы. Но несмотря на такое разнообразие источников энергии, единицы знают, как они устроены и как ими правильно пользоваться. В этой статье рассмотрены некоторые виды аккумуляторных батарей, применяемых в большинстве сферах человеческой жизни.

Содержание

1. История
2. Обзор автомобильных аккумуляторов
3. Сурьмянистый АКБ
4. Малосурьмянистые АКБ
5. Кальциевый АКБ
6. Гелиевые АКБ
7. Принцип работы свинцово-кислотного АКБ
8. Принцип работы литий-ионного аккумулятора
9. Отличие Li-Pol, щелочных аккумуляторов от Ni-Cd и Ni-Mh.
10. Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы
11. Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы
12. Li-Pol Литий-полимерный аккумуляторы
13. Щелочные аккумуляторы.

История

Впервые свет увидел аккумулятор в 1859 году. Изобретенный блестящим физиком и профессором имя которого Луи́ Гасто́н Планте́. Это имя широко известно в узких кругах. Человечество уже на протяжении 160 лет пользуется этим изобретением, которое серьезно облегчает жизнь каждого человека. Начиная от часов на руках и заканчивая сложными аппаратами поддерживающими жизнь в больницах.

С каждым годом электромобили сильнее заполняют улицы городов. Самый дорогой элемент такого транспорта — аккумуляторная батарея. Работали над созданием и усовершенствованием батарей ученые умы, такие как Томас Эдисон, Камилл Фор, Пейкер, и другие. Подобные исследования продолжаются по сегодняшний день.

Обзор автомобильных аккумуляторов

Сурьмянистый АКБ

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

Малосурьмянистые АКБ

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

Важно! Клеммы аккумуляторов «плюс» и «минус» изготавливают разной толщины. Преследовалась цель не дать клиенту перепутать контакты местами и сделать «короткое замыкание» в электрике автомобиля.

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

Кальциевый АКБ

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

Гелиевые АКБ

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

Принцип работы свинцово-кислотного АКБ

Это распространенные источники энергии, применяемые для механических транспортных средств. В первую очередь используются для заводки автомобиля и питания всей бортовой электрики.

Как работает аккумулятор? Принцип выглядит следующим образом: в сосуд с серной кислотой помещены свинец и диоксид свинца. В спокойном состоянии процесс не протекает, но как только к электродам подключается нагрузки происходит электрохимический процесс взаимодействия серной кислоты с оксидом свинца, который окисляется до сульфата свинца. Больше 60 химический реакций протекает во время этого процесса.  Формула выглядит так:

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Литий-ионные батареи зарекомендовали себя на мировом рынке лучшие накопители для современной техники, такой как смартфоны, ноутбуки, электромобили и другие виды домашней и производственной техники. В 1991 году впервые была выпущена литий-ионная батарея.

Напряжение такого источника составляет 3.7 В, около 800 циклов разряда/заряда способна выдержать это изобретение. Саморазряд составляет 2% в месяц. Работать такие элементы способны на температуре от -20 °C до +60 °C.

Принцип действия основан на электрохимической реакции лития при внедрении в кристаллическую решетку других материалов с образованием химической связи. Еще основной особенностью таких батарей является то, что они почти на 100% без эффекта памяти. Для определения этого факта проводили множество экспериментов и определили, что эффект памяти есть, но он настолько незначительный, что принято считать его нулевым.

Формула: 

Совет! Для водителей, которые желают быстро запускать свой автомобиль на морозе. За несколько минут до запуска двигателя включите ближний свет фар или другой потребитель. При этих действиях батарея «просыпается» и приходит в рабочее состояние. Были проведены эксперименты и установлено, что этот метод работает на практике.

Отличие Li-Pol, щелочных аккумуляторов от Ni-Cd и Ni-Mh.

Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы

Данный вид аккумуляторов широко применяли несколько лет назад для различного инструмента. Такие источники в своей структуре содержат кадмий, который является тяжелым металлом и токсичен, но хорошо ведет себя на морозе и имеет не высокую стоимость.

Новые модели аккумуляторов раньше приходят в негодность, чем батареи выпущенные 20 лет назад. Но уровень технических характеристик присущий современным решениям намного выше, чем у их предшественников.

Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы

Такие батареи претерпели некоторые изменения по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми. Избавились от токсичных металлов, стали легче по весу и теперь можно не боятся причинить вред окружающей среде при ликвидации таких аккумуляторов. Еще удалось повысить энергоемкость и уменьшить эффект памяти.

Li-Pol Литий-полимерный аккумуляторы

Вид этих аккумуляторов — улучшенная модернизация литий-ионных. Электролит был заменен полимерными материалами. Такие батареи установлены в смартфонах, планшетах, ноутбуках, цифровой фототехнике и др. Особенность таких источников энергии состоит в форме изготовления, она может быть очень тонкой, что позволяет поместить батарею в любой корпус. Главное преимущество литий-полимерных элементов питания в том, что они не имеют эффекта памяти и энергоемкие.

Щелочные аккумуляторы.

Широкое применение щелочные аккумуляторы нашли в бытовой технике. Известные модели таких батарей — тип ААА и АА. Они установлены в:

• детских игрушках
• портативных приборах
• карманных фонарях
• фото, видео аппаратуре
• аудио магнитофонах, плеерах и пр.

Щелочной электролит впервые нашел применение в химически активных источниках тока благодаря Вальдемару Джангнеру в 1899 году. С этого времени ученые разных стран вовлечены в разработку щелочных источников питания.

Принцип действия аккумуляторной батареи таков: при работе щелочного элемента происходит химическая реакция, при которой цинк окислившись выделяет гидроксид цинка, далее последний распадается на оксид цинка и воду. При этом происходит восстановление оксида марганца на катоде. Формула выглядит следующим образом:

Обычный аккумулятор оказывается сложной и в то же время простой вещью, если разобраться с ней. Прежде чем выбрать для авто элемент питания, стоит изучить нюансы, которые в последствии могут сыграют весомую роль в вашей жизни.

https://www.youtube.com/watch?v=Ip-BMxu8tZA

Принцип работы аккумуляторной батареи (АКБ)

Назначение, устройство и принцип работы аккумулятора

Назначение автомобильной аккумуляторной батареи понятно каждому мало-мальски сведущему в технических вопросах автолюбителю. С первой ее функцией — обеспечением запуска двигателя — мы сталкиваемся каждый день. Есть и вторая — реже применяемая, но от того не менее значимая — использование в качестве аварийного источника питания при выходе из строя генератора. Кроме того, на современных автомобилях с электроникой на борту аккумулятор выполняет роль сглаживателя пульсаций напряжения, выдаваемого генератором.

Все стартерные батареи, выпускаемые в настоящее время для автомобилей, являются свинцово-кислотными. В основу их работы заложен известный еще с 1858 г., и по сей день остающийся практически неизменным принцип двойной сульфатации.

Любая автомобильная батарея представляет из себя корпус — контейнер, разделенный на шесть изолированных ячеек — банок.

Каждая банка является законченным источником питания, напряжением порядка 2.1 В. В банке находится набор положительных и отрицательных пластин, отделенных друг от друга сепараторами. Как известно из школьного курса физики, две разнозаряженные пластины уже сами по себе являются источником постоянного напряжения, параллельное же их соединение увеличивает ток.

Последовательное соединение шести банок и дает батарею с напряжением порядка 12.6 В. Любая из пластин, как положительная, так и отрицательная, есть не что иное, как свинцовая решетка, заполненная активной массой. Активная масса имеет пористую структуру с тем, чтобы электролит заходил в как можно более глубокие слои и охватывал больший ее объем. Роль активной массы в отрицательных пластинах выполняет свинец, в положительных — перекись свинца.

Вес залитой АКБ ёмкостью 55 Ач составляет около 18 кг. Эта цифра складывается из массы электролита — 5кг (что соответствует 5,5 л), массы свинца и всех его соединений — 11 кг, а также 1,5 кг, приходящегося на долю бака и сепараторов.

Долговечность работы АКБ.

Средний срок службы современных АКБ при условии соблюдения правил эксплуатации составляет 4-5 лет.

Наиболее губительными для батарей являются глубокие разряды. Оставленные на ночь включенными световые приборы, либо другие потребители способны разрядить ее до плотности 1.12 — 1.15 г/см3, т.е. практически до воды, что приводит к главной беде аккумуляторов — сульфатации свинцовых пластин.

Пластины покрываются белым налетом, который постепенно кристаллизуется, после чего батарею практически невозможно восстановить. Отсюда вытекает главный вывод — необходимо постоянно следить за состоянием батареи, периодически замерять плотность электролита. Особенно актуально это в зимнее время. Следует отметить, что сульфатация в определенных пределах — явление нормальное и присутствует всегда.

Если же разряжать батарею длительное время, не давая ей «подпитки», то падение плотности ниже критического значения неизбежно приводит к образованию кристаллов сульфата свинца, не вступающих в реакцию ни при каких обстоятельствах. А это означает, что начался необратимый процесс сульфатации.

Опасен для батареи и перезаряд. Это происходит при неисправном регуляторе напряжения. При этом электролит начинает «кипеть» — происходит разложение воды на кислород и водород и понижение уровня электролита. Вот почему необходимо следить за зарядным напряжением. Естественно, это не составляет труда, если на панели приборов присутствует вольтметр. Если его нет?

В этом случае подключите тестер (в режиме вольтметра) между «+» и «массой» аккумуляторной батареи. Нормальный зарядный режим батареи обеспечивается в диапазоне 14,2±0.7В. В более древних авто напряжение в норме было порядка 14 В, в современных ближе к верхней границе 14,5…14,8 В. Если напряжение меньше, то стоит проверить натяжение ремня, надежность контактных соединений цепей системы электроснабжения. Если же это не помогает — неисправность нужно искать в регуляторе напряжения, а это уже другая история и не без участия электрика. Также вина ложится на регулятор, если напряжение превышает 14.6…15 В.

Рекомендации по эксплуатации

Оптимальным способом зарядки батареи, является ее заряд от бортовой сети автомобиля (естественно, при условии исправности последней).

При данном способе происходит постоянное перемешивание электролита и наиболее полное его проникновение во внутренние слои активной массы. Однако было бы ошибочным полагать, что заряд батареи начинается сразу же после пуска двигателя и продолжается все время, пока двигатель в работе. Исследования показывают, что батарея принимает заряд в сильной зависимости от прогрева электролита.

Именно этим и опасен довольно распространенный способ эксплуатации транспортных средств. Холодный запуск зимой с получасовым движением до работы, и затем редкие непродолжительные поездки на протяжении рабочего дня не дают прогреться электролиту и, следовательно, зарядиться Вашей батарее. Тем самым разряженность АКБ увеличивается изо дня в день и в итоге может привести к печальному результату.

Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы. Нормальный запуск двигателя при однократном вращении стартера в течении 10с забирает ёмкость 300А х 10с = 3000 Ас = 0.83 Ач, что составляет около 1.5% от ёмкости аккумулятора.

При медленном же разряде участвуют не только поверхностные слои активной массы, но и глубинные, потому и разряд происходит более глубокий. Однако это не означает, что стартерные режимы не так губительны для батареи — стартером точно также можно разрядить батарею до критической величины.

Каковы же признаки выхода из строя батареи? Батарея не заряжается, плотность низкая и не повышается в процессе заряда. Большой саморазряд — батарея зарядилась, но не держит заряд. Можно попытаться потренировать батарею, однако если произошло осыпание активной массы пластин, либо кристаллизация сульфата свинца, то это уже не исправить.

Вообще, освоить способ оценки степени возможной разрядки батареи от каких-либо действий (в том числе и осознанных) не составит большого труда. Необходимо усвоить несколько истин и запомнить несколько цифр.

1. Батарея начинает более-менее принимать заряд лишь только после прогрева электролита до положительной температуры (как вы понимаете, при температуре воздуха -20° С температура электролита в батарее хранящегося на свежем воздухе автомобиля будет примерно такой же).

2. Коэффициент полезного действия процесса зарядки составляет примерно 50%.

3. Каждый автомобильный генератор характеризуется следующими показателями:

ток отдачи генератора при работе двигателя на холостом ходу.

ток отдачи генератора при работе двигателя на номинальных оборотах.

Для многих автомобилей эти цифры имеют следующие значения:

Таблица 1

Очень важна величина потребления энергии автомобильными приборами:

Таблица 2

Таким образом, оставленные включенными габариты за три часа «съедят» 4А х 3ч= 12 Ач ёмкости батареи, что соответствует разряду приблизительно на 20%. Это не страшно для одного раза. Однако повторив это ещё раз, Вы уже рискуете не завести свою машину, особенно, если дело происходит зимой, т.к. разряд составит порядка 40% (тем более, что к тому же зимой батареи, как правило, эксплуатируются более разряженными).

Аналогично посчитаем, что Вы имеете при продолжительной работе двигателя на холостом ходу. Как уже показано выше, ток отдачи генератора автомобиля на холостом ходу, в среднем, составляет 24А. Вычитаем из этой величины 2А, необходимые для обслуживания системы зажигания. Остается 22А. Используя таблицу 2, нетрудно посчитать, чем стоит пожертвовать с тем, чтобы хоть немного осталось на зарядку АКБ.

Для владельцев иномарок с автоматической коробкой передач картина ещё более печальная. Обычно, стоя в пробке или на светофоре, мы не переключаемся на нейтральную передачу, а жмём ногой на тормоз. Это понижает обороты двигателя от стандартных 800-900 об./мин. до 600-700 об./мин., что, соответственно понизит ток генератора, а стоп-сигналы добавят ещё пару ампер потребления тока. Да и обогрев заднего стекла у немцев, например, существенно мощнее, чем у отечественных автомобилей.

Следует знать, что зимние условия эксплуатации автомобиля в принципе очень тяжелы для аккумуляторной батареи. Наверняка будут полезны следующие данные. Результаты исследований говорят о том, что при эксплуатации автомобиля в обычных и в то же время очень тяжелых, для АКБ, условиях (испытания в режиме эксплуатации «город-зима-ночь») аккумулятор получает порядка 1Ач в час. Следовательно, если, как в примере, приведенном выше, при запуске двигателя (зимой, при работе стартера 10 сек) расходуется 0,83 Ач энергии аккумулятора, то для восполнения этой энергии двигатель должен проработать, хотя бы 0,83*1=0,83 час=50 минут. Если же это время движения меньше, а плюс расход на дополнительные приборы отопления, обогрева, освещения и музыкального сопровождения, то получается, что Ваш АКБ хронически недозаряжается, чем неизбежно идёт к своей преждевременной кончине и обрекает Вас на риск остаться в одно прекрасное, морозное утро не у дел!!!

Терминология

Аккумуляторная батарея — один из основных элементов электрооборудования автомобиля, поскольку она накапливает и хранит электроэнергию, обеспечивает запуск двигателя в различных климатических условиях, а также питает электроприборы при неработающем двигателе.

Автомобильные свинцово-кислотные 12-вольтовые АКБ состоят из 6-ти последовательно соединенных элементов (банок), объединенных в общий корпус. Из каждой банки осуществляется газоотвод, конструкции могут существенно отличаться.

Электролит представляет собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде (для средней полосы России плотностью 1.27-1.28 г/см3при t=+20°С). Кипение электролита — бурное выделение газа при электролитическом разложении воды с выделением кислорода и водорода. Это происходит во время заряда батареи.

Саморазряд — самопроизвольное снижение ёмкости АКБ при бездействии. Скорость саморазряда зависит от материала пластин, химических примесей в электролите, его плотности, от чистоты верхней части корпуса батареи и продолжительности ее эксплуатации.

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи без нагрузки (ЭДС — электродвижущая сила) должно находиться в пределах 12.6-12.9 В. Напряжение в бортовой сети автомобиля при работающем двигателе несколько выше, чем на клеммах АКБ, и должно находиться в пределах 13,8-14,8 В (0,2 В от крайних значений). Значение напряжения ниже 13.8 В ведет к недозаряду батареи, а выше 14.4В — к перезаряду, что пагубно сказывается на ее сроке службы.

Полярность аккумуляторной батареи — термин, определяющий расположение токосъемных выводов на ее корпусе. На зарубежных батареях полярность может быть прямой или обратной, т. е. ориентировка положительного и отрицательного выводов относительно корпуса может быть различной. По российскому стандарту (если смотреть со стороны выводов) отрицательный (-) должен располагаться справа, положительный (+) слева.

Емкость батареи — способность батареи принимать и отдавать энергию — измеряется в ампер-часах (Ач). Для оценки ёмкости батареи принята методика 20-ти часового разряда током 0.05С20 (т.е. током, равным 5% от номинальной ёмкости). Т.е., если ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75 А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.

Данная характеристика определяет возможность питать потребителей в экстремальной ситуации (при отказе генератора). Характеризуется объемом активной массы.

Значение тока холодного старта при -18°С (по DIN) — Величина тока, которую батарея способна отдать при пуске двигателя при температуре -18°С. Наиболее важная характеристика, напрямую сказывающаяся на пуске двигателя. Ведь при -20°С ток, потребляемый стартером, составляет порядка 300А. (Для пуска в летнее время горячего двигателя этот же показатель равен 100-120А.) Значение стартового тока определяется конструкцией батареи, пластин, сепараторов. Чем ниже внутреннее сопротивление батареи, тем выше стартовый ток, тем надежнее пуск двигателя при низких температурах.

Резервная ёмкость — время, в течении которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями батарей после значения тока холодного старта.

Корпус современных АКБ — изготавливается из пластмассы, в большинстве случаев полупрозрачной, позволяющей контролировать уровень электролита. Необслуживаемые батареи.

Сразу следует оговориться, что этот термин не должен пониматься буквально и восприниматься как руководство к бездействию. Это название говорит об улучшенных потребительских свойствах батареи. Необслуживаемые АКБ требуют долива воды не чаще одного раза в год при условии использования их на автомобилях с исправным электрооборудованием и среднегодовым пробегом 15-20 тыс. км. Встречаются конструкции, исключающие всякое вмешательство на всем протяжении срока службы, но они особенно критичны к состоянию автомобильного электрооборудования.

Большинство необслуживаемых батарей выпускаются заводами-изготовителями, залитыми электролитом. Так как эти батареи имеют значительно меньший саморазряд, они могут храниться от 6 месяцев до 1 года без подзаряда. Саморазряд новых необслуживаемых батарей за 12 месяцев может составить до 50% от номинальной ёмкости.

Выбор и покупка АКБ

Убедитесь, что выбираемая батарея соответствует конструктивным особенностям вашего автомобиля (ёмкость, место установки, способ крепления, полярность, форма и размер токосъемных выводов). Специализированные торговые фирмы имеют каталоги всего ассортимента, в которых систематизирована информация о модификациях и технических характеристиках.

Нецелесообразно на автомобиль с устаревшей системой электрооборудования устанавливать батарею, исключающую долив воды. Это приведет к сокращению ее срока службы или отказу. Емкость батареи не должна существенно отличаться от указанной заводом-изготовителем автомобиля. Несоблюдение этого условия приводит к резкому сокращению службы как батареи так и стартера.

Очень неплохо знать рекомендуемую величину пускового тока стартера для Вашего автомобиля. На многих автомобилях устанавливаются стартеры с редуктором. Это позволяет существенно уменьшить величину пускового тока в первые моменты запуска, особенно в сильные морозы, а значит существенно продлить жизнь Вашего аккумулятора.

Внимательно изучите текст гарантийного талона. Обратите особое внимание на те разделы, где перечислены: случаи, исключающие гарантийное обслуживание; адреса гарантийных мастерских; условия эксплуатации.

Маркировка аккумулятора должна иметь ссылку на стандарт (DIN, SAE, En или другие). В маркировке по стандарту SAE не указывается значение ёмкости в ампер-часах (Ач). Указание ёмкости в Ач в стандарте SAE – косвенный признак подделки. Наиболее подвержены подделкам дорогие аккумуляторы известных фирм-изготовителей, поэтому приобретать их лучше в торговых фирмах, заслуживающих доверие.

Большинство фирм-изготовителей кодирует дату выпуска АКБ. Современные необслуживаемые батареи допускают достаточно длительное хранение без существенной потери своих потребительских свойств, поэтому дата изготовления менее актуальна. Предпочтительнее приобретать залитый качественным заводским электролитом аккумулятор. Он готов к работе, легко поддается проверке. Не залитый сухозаряженный аккумулятор требует дополнительного времени и затрат на подготовку к эксплуатации.

Не спешите отдать деньги! Вы вправе требовать проверки аккумулятора. Первым делом сдерите с него защитную упаковочную пленку, какой бы красивой она ни была, и убедитесь, что корпус не поврежден – такое случается довольно часто. Затем попросите продавца измерить плотность электролита – она не должна быть ниже номинальной более чем на 0,02 г/см3 и одинаковой во всех банках, что соответствует примерно 80-процентной заряженности батареи. Последнюю проверку следует провести с нагрузочной вилкой – ее вольтметр должен показать 12.5–12.9 В при отключенной нагрузке, а при включенной – не опускаться в течение 10 секунд ниже 11В.

В случае отклонения от этих значений, батарея может оказаться частично или полностью непригодной к эксплуатации. Если вам отказывают в проверке аккумулятора, не могут подтвердить качество товара сертификатом, гарантийным талоном, то лучше отказаться от покупки.

Установка АКБ

Перед установкой батареи обязательно полностью удалите с нее полиэтиленовую пленку. Газоотводные отверстия должны быть открытыми. Обратите внимание на правильность подключения. Клеммы АКБ рекомендуется зачистить и после закрепления смазать вазелином. Это делается для предохранения контактов от попадания влаги и окисления места контактов. Особенно это касается силовых проводов с медными (а не свинцовыми) наконечниками.

Очень важно уделить внимание проводам. Клеммы необходимо зачистить не только со стороны аккумулятора, но и с другой стороны. Место, куда крепится массовый провод (-) надо тоже тщательно зачистить от краски, масла и прочей грязи. Контакт затянуть туго. Это же касается клеммы на стартёре. Невнимание к проводам и контактам может очень сильно «выйти боком» зимой на морозе.

Обратите внимание, что на многих автомобилях батарея стоит довольно близко к выпускному коллектору. То есть летом ей будет довольно жарко, а это для батареи очень плохо! На «правильных» машинах предусмотрена термоизоляция АКБ от двигателя.

Рекомендации по эксплуатации и обслуживанию

Условия эксплуатации оказывают существенное влияние на срок службы аккумуляторной батареи. Частые запуски двигателя и поездки на короткие расстояния, неисправности электрооборудования (стартер, генератор, реле-регулятор), дополнительные потребители электроэнергии, несвоевременное обслуживание способны сильно сократить срок ее службы.

При продолжительном движении по трассе батарея может перезаряжаться (кипеть) — в городе с малыми пробегами и «пробками» она, как правило, разряжается (см. выше).

Генератор (при холостых оборотах двигателя) зимой не обеспечивает работу большинства штатных потребителей, не говоря о дополнительных. К включенным габаритным огням, ближнему свету фар, стоп-сигналам, указателям поворота, аудиоаппаратуре добавляются обогрев заднего стекла и вентилятор отопителя. Ежедневный недозаряд батареи постепенно уменьшает ее ёмкость, что в итоге приводит к невозможности запуска двигателя стартером.

Отказ аккумуляторной батареи может быть вызван и током утечки в электрооборудовании автомобиля. Это происходит, когда при отключении всех потребителей один или часть из них остается включенным в электрическую цепь (неисправны выключатель или реле). Виновником может быть и сигнализация. После глубокого разряда АКБ может не восстановить свою первоначальную номинальную ёмкость. Батарея не сможет нормально работать, если для запуска двигателя требуется продолжительное включение стартера (неисправны системы питания, зажигания).

Обслуживание АКБ в процессе эксплуатации сводится к проверке и приведению в соответствие с требованиями: уровня и плотности электролита; чистоты и надежности крепления электрических соединений батареи с корпусом автомобиля, параметров электрооборудования автомобиля. Необходимо также очищать и смазывать выводы и клеммы, содержать батарею в чистоте. Протирайте верхнюю поверхность водным раствором питьевой соды. Доведение плотности электролита до требуемой производится путем заряда батареи от стационарного зарядного устройства. Значение зарядного тока в амперах (А) не должно превышать 1/10 ёмкости батареи (упрощенно).

Продление жизни новой батарее

Коротко об этом сказать трудно. В первую очередь, следует залить электролит, точно соответствующий не только климатической зоне, но и сезону эксплуатации. Если батарея будет работать только в теплое время года, то плотность электролита может быть 1.20 г/см3, а если до -15°С — 1.24 г/см3 и т.д. Такая точность, безусловно, снизит скорость сульфатации пластин, следовательно, увеличит долговечность батареи.

На срок службы АКБ значительно влияет средняя степень заряженности, которая зависит от исправности реле-регулятора. Необходимо, чтобы эта величина поддерживалась не ниже 75%. справка:

Установлено, что отклонение регулируемого напряжения на 10…12% вверх или вниз от оптимального сокращает срок службы батареи в 2…2.5 раза.

Во-первых, отрегулируйте двигатель так, чтобы он легко заводился с пол оборота. Это предохранит АКБ от глубокого разряда. При пуске двигателя стартером через аккумуляторную батарею проходит ток в несколько сот Ампер, что не способствует ее долговечности. Поэтому, чем легче пуск двигателя, тем лучше для АКБ: она прослужит дольше.

Cправка:

Сокращение времени работы стартера вдвое при шести-восьми ежедневных пусках повышает срок службы аккумуляторной батареи приблизительно в 1. 5 раза. Во-вторых, отрегулируйте при необходимости реле-регулятор, чтобы напряжение было в пределах 13.8…14.4В. Это одно из важнейших условий. В-третьих, никогда не позволяйте снизиться уровню электролита в банках ниже требуемого.

Cправка:

Падение (выкипание при высокой температуре воздуха) уровня дистиллированной воды может снизить срок службы батареи на 30%. Эти простые советы, продлят жизнь АКБ.

Особенности эксплуатации АКБ в зимний период

Первое! Проверить напряжение генератора при заведённом моторе, которое должно соответствовать 13.8…14.4В. Это питание АКБ, без которого ей не жить!!!

Второе! Обязательно провести ревизию всех силовых проводов, клемм и контактов. Клеммы зачистить мелкой шкуркой. Контакты на АКБ тоже зачистить и затянуть. Можно затем смазать литолом, чтобы к контактам не попадала влага.. С другой стороны силовых проводов так же провести ревизию контактов.

Третье! Замерим плотность электролита во всех банках без исключения. Норма 1.27-1.28 г/см3. У Вас далеко не так!? Значит, снимаем батарею и ставим на зарядку. Ни в коем случае не пытаемся повысить плотность электролита добавлением концентрированной кислоты, какая бы низкая не была его плотность. Желаемого же результата — повышения ёмкости батареи при этом не произойдет.

Прикуривание от другого автомобиля

Для российских автовладельцев нормальная ситуация, когда сосед просит «прикурить» его аккумулятор. Для этой нехитрой процедуры помимо автомобиля с заряженным аккумулятором, необходимы ещё и правильные провода. Те провода, что продаются на рынках имеют просто ужасное качество. Мало одного того, чтобы эти провода были медными и достаточно большого сечения. Необходимы очень качественные «крокодилы», обеспечивающие большую площадь контакта и большое усилие зажима, и необходим хороший контакт между проводом и «крокодилом». Не забываем, что по этим проводам у нас потечёт около 200 ампер!

Чтобы не навредить сложным электронным системам вашей собственной машины, эта, казалось бы, элементарная процедура требует соблюдения строгой последовательности действий.

Соедините красный кабель с клеммой (+) на заряженном аккумуляторе.

Соедините другой конец красного кабеля с клеммой (+) на «севшем» аккумуляторе.

Соедините черный кабель с клеммой (-) на заряженном аккумуляторе.

Соедините другой конец черного кабеля с чистой точкой заземления на блоке двигателя или на шасси, главное — подальше от аккумулятора, карбюратора, топливных шлангов и т.п., прикуриваемого авто. В момент подсоединения будьте готовы к небольшой искре.

Следите, чтобы оба кабеля не касались движущихся деталей.

Запустите автомобиль с заряженным аккумулятором и дайте ему поработать не менее одной минуты.

Попробуйте запустить автомобиль с «севшим» аккумулятором. Если двигатель не заведется, подождите несколько минут и повторите попытку. Если же заведется, дайте ему поработать несколько минут в таком положении.

Выключите автомобиль с заряженным аккумулятором.

При отсоединении кабеля следуйте описанной выше процедуре в обратной последовательности.

Совет от Eugenijus K.Eugenijus K. :

На машине, от которой прикуривают (источник) надо врубить печку (вентилятор) на полный ход — и зимой, и летом. Дело в том, что индуктивный (реактивный) характер сопротивления работающего электродвигателя практически полностью гасит тот самый бросок (фронт) напряжения, который на машинах с «звенящей» проводкой (Авдотья 100, Субару Легаси до 1996-го и многие другие) может убить бортовой компьютер.

Особенности эксплуатации АКБ в летний период

Не удивляйтесь, если однажды вам будет трудно или вообще не завести машину в жаркую погоду. Теплое время года — такое же испытание, как и холод. Тепло ускоряет химические процессы. Неисправности и дефекты электрической системы автомобиля или аккумулятора незамедлительно скажутся на состоянии батареи. Но, скорее всего, узнаете вы об этом в самый неподходящий момент. Например, ночью во время дождя, когда придется включить освещение, вентиляцию и стеклоочистители. Поэтому не расслабляйтесь. Лето — самый подходящий период для покупки нового аккумулятора.

Летом автомобилист не сразу заметит, что в аккумуляторе плотность электролита и его уровень в банках недостаточные. Но чем выше температура окружающей среды, тем активнее электрохимические процессы. В результате электролиза кислород вступает во взаимодействие с пластинами, а ставший свободным водород испаряется. Таким образом из электролита исчезает вода. Как только уровень раствора оказывается ниже уровня пластин, начинается сульфатация пластин (сульфат свинца растворяется в электролите, а затем оседает на поверхности пластин уже в виде крупных нерастворимых кристаллов и происходит изоляция пластин от электролита). Емкость батареи уменьшается. Электрохимические реакции останавливаются. Аккумулятор выходит из строя.

Имейте в виду, что во время длительного хранения аккумулятора происходит саморазряд (снижение ёмкости). Оставлять батарею в разряженном состоянии не рекомендуется: в этом случае вода испаряется и открываются пластины. А дальше все, как описано выше.

Саморазряд увеличивается от высокой температуры, грязи и электролита (воды) на крышке батареи. Еще одна причина возникновения паразитных токов — неодинаковая плотность электролита в разных банка

Вернуться назад

Базовая работа от батареи | PVEducation

В основе работы батареи лежит обмен электронами между двумя химическими реакциями: реакцией окисления и реакцией восстановления. Ключевым аспектом батареи, который отличает ее от других реакций окисления/восстановления (таких как процессы ржавчины и т. д.), является то, что реакции окисления и восстановления физически разделены. Когда реакции физически разделены, между двумя реакциями может быть вставлена ​​нагрузка. Разность электрохимических потенциалов между двумя батареями соответствует напряжению батареи, питающей нагрузку, а обмен электронами между двумя реакциями соответствует току, проходящему через нагрузку. Компоненты батареи, показанные на рисунке ниже, состоят из электрода и электролита как для реакции восстановления, так и для реакции окисления, средства для передачи электронов между реакцией восстановления и окисления (обычно это осуществляется с помощью провода, подключенного к каждый электрод) и средство для обмена заряженными ионами между двумя реакциями.

Схема батареи, в которой (а) электролит реакции восстановления и окисления различен и (б) электролит один и тот же для обеих реакций.

Ключевыми компонентами, определяющими многие основные свойства батареи, являются материалы, используемые для электрода и электролита для реакций окисления и восстановления. Электрод — это физическое место, где происходит ядро ​​окислительно-восстановительной реакции — переноса электронов. Во многих аккумуляторных системах, включая свинцово-кислотные и щелочные батареи, электрод является не только местом, где происходит перенос электронов, но также является компонентом химической реакции, которая либо использует, либо производит электрон. Однако в других аккумуляторных системах (таких как топливные элементы) материал электрода сам по себе инертен и является лишь местом переноса электронов от одного реагента к другому. Для разряжающейся батареи электрод, на котором происходит реакция окисления, называется анодом и по определению имеет положительное напряжение, а электрод, на котором происходит реакция восстановления, является катодом и находится под отрицательным напряжением.

Одного электрода недостаточно для проведения окислительно-восстановительной реакции, поскольку окислительно-восстановительная реакция включает взаимодействие более чем одного компонента. Остальные химические компоненты реакции содержатся в электролите. Для многих практических аккумуляторных систем электролит представляет собой водный раствор. Одной из причин наличия водного раствора является то, что окисленная или восстановленная форма электрода существует в водном растворе. Кроме того, важно, чтобы химические частицы в электролите были подвижными, чтобы они могли перемещаться к месту на электроде, где происходит химическая реакция, а также чтобы ионы могли перемещаться от одного электрода к другому.

Ток в батарее возникает в результате переноса электронов с одного электрода на другой. Во время разряда реакция окисления на аноде генерирует электроны, а реакция восстановления на катоде использует эти электроны, поэтому во время разряда электроны перетекают от анода к катоду. Электроны, генерируемые или используемые в окислительно-восстановительной реакции, могут легко переноситься между электродами через обычное электрическое соединение, такое как провод, присоединенный к аноду и катоду. Однако, в отличие от обычной электрической цепи, электроны не являются единственными носителями заряда в цепи. Электроны перемещаются от анода к катоду, но не возвращаются с катода на анод. Вместо этого электрическая нейтральность поддерживается за счет движения ионов в электролите. Если для каждой окислительно-восстановительной реакции используется другой электролит, солевой мостик соединяет растворы двух электролитов. Направление движения ионов предотвращает накопление заряда как на аноде, так и на катоде. В большинстве практичных аккумуляторных систем один и тот же электролит используется как для анода, так и для катода, а перенос ионов может происходить через сам электролит, что устраняет необходимость в солевом мостике. Однако в этом случае между анодом и катодом также вставлен сепаратор. Сепаратор предотвращает физическое соприкосновение анода и катода друг с другом, поскольку они обычно находятся в очень непосредственной физической близости друг к другу, и если бы они соприкоснулись, это привело бы к короткому замыканию батареи, поскольку электроны могут передаваться напрямую, без прохождения через внешнюю цепь. и загрузить.

Окислительно-восстановительные реакции, происходящие в конкретной аккумуляторной системе, определяют многие фундаментальные параметры аккумуляторной системы. Другие ключевые свойства батареи, в том числе емкость батареи, характеристики зарядки/разрядки и другие практические соображения, также зависят от физической конфигурации батареи, например количества материала в батарее или геометрии электродов. На следующих страницах описывается, как характеристики батареи — поведение напряжения, эффективность батареи, неидеальность батареи (саморазряд, ухудшение емкости батареи и т. д.) — зависят от работы окислительно-восстановительных реакций и конфигурации батареи.

Принцип работы батареи — Электротехника 123

Если мы хотим правильно понять основной принцип батареи , во-первых, у нас должно быть некоторое базовое понятие об электролитах и ​​сродстве к электрону. На самом деле, когда два разнородных металла или металлических соединения погружаются в электролит, между этими металлами или металлическими соединениями возникает разность потенциалов. Следовательно, вызывая течение тока, которое на самом деле связано с разностью потенциалов.

Установлено, что при добавлении в воду определенных соединений они растворяются и образуют отрицательные и положительные ионы. Этот тип соединения называется электролитом . Популярными примерами электролитов являются почти все виды солей, кислот, оснований и т. д.

Энергия, высвобождаемая при принятии электрона нейтральным атомом, известна как сродство к электрону. Поскольку атомная структура разных материалов различна, сродство к электрону у разных материалов будет разным. Если в один и тот же раствор электролита погрузить два разных вида металлов или металлических соединений, один из них получит электроны, а другой отдаст электроны.

Какой металл (или металлическое соединение) получит электроны, а какой потеряет их, зависит от сродства к электрону этих металлов или металлических соединений. Металл с низким сродством к электрону получит электроны от отрицательных ионов раствора электролита.

С другой стороны, металл с высоким сродством к электрону высвобождает электроны, и эти электроны выходят в раствор электролита и присоединяются к положительным ионам раствора. Таким образом, один из этих металлов или соединений получает электроны, а другой теряет электроны. В результате будет разница в концентрации электронов между этими двумя металлами. Эта разница в концентрации электронов вызывает разность электрических потенциалов между металлами. это разность электрических потенциалов  или ЭДС можно использовать в качестве источника напряжения в любой электронике или электрической цепи. Это общий и основной принцип работы батареи .

Все аккумуляторные элементы основаны только на этом основном принципе. Как мы знаем из истории аккумуляторов, Алессандро Вольта разработал первый аккумуляторный элемент, и этот элемент широко известен как простой гальванический элемент. Этот тип простой ячейки может быть создан очень легко. Возьмите одну емкость и наполните ее разбавленной серной кислотой в качестве электролита. Теперь погрузите в раствор цинковый и один медный стержень и соедините их снаружи электрической нагрузкой. Теперь ваш простой гальванический элемент готов. Ток начнет течь через внешнюю нагрузку.

Цинк в разбавленной серной кислоте отдает электроны следующим образом:

Эти ионы Zn  ^{+ +}  переходят в электролит, и их концентрация очень высока вблизи цинкового электрода. В результате описанной выше реакции окисления цинковый электрод остается заряженным отрицательно и, следовательно, действует как катод. Разбавленная серная кислота и вода диссоциируют на ионы гидроксония, как показано ниже:

Из-за высокой концентрации ионов Zn ^{+ +} вблизи катода H ₃ O ⁺ ионы отталкиваются к медному электроду и разряжаются, удаляя электроны из атомов меди. На аноде протекает следующая реакция:

В результате реакции восстановления, происходящей на медном электроде, медь остается положительно заряженной и поэтому действует как анод.

Батарейный элемент Daniell

Элемент Daniell состоит из медного сосуда, содержащего раствор сульфата меди. Сам медный сосуд действует как положительный электрод. В медный сосуд помещают пористый сосуд с разбавленной серной кислотой. Амальгамированный цинковый стержень, погруженный в серную кислоту, действует как отрицательный электрод.

Когда цикл завершен, разбавленная серная кислота в пористом сосуде вступает в реакцию с цинком с выделением газообразного водорода.