Автомобильный аккумулятор: конструкция и принцип работы
контакт-центр с 9.00 до 21.00, в выходные с 9.00 до 20.00
БлогАвтомобильный аккумулятор: конструкция и принцип работы
Автомобильный аккумулятор – это прямоугольный моноблок с двумя выходными контактами для подключения плюсовой и минусовой клеммы. В зависимости от фирмы производителя устройство автомобильного аккумулятора отличается в деталях, но в целом АКБ устроен стандартно.
Основные элементы АКБ
Моноблок. Делается из термостойкого полипропилена (PP) или эбонита. Модели из эбонита характерны для некоторых российских производителей, но в большинстве случаев стандартная батарея делается из пластика. Корпус состоит из отдельных емкостей с помещенными внутрь свинцовыми электродами.
Сепараторы. Диэлектрические прослойки между ячейками. Ячеек (банок) может быть 3 штуки (в АКБ на 6В) или 6 (в АКБ на 12В).
Электроды. Свинцовые решетки с отверстиями, внешне выглядят как пластины. Решетчатая структура пластин увеличивает площадь контакта электролита с активным веществом. Его роль играет сам сплав свинца и окислы, образующиеся при контакте с электролитом.
Электролит. 35-процентный раствор серной кислоты. Плотность раствора должна быть в пределах 1,26-1,29 г/см³. В северных широтах плотность электролита завышают – 1.28-1,30 г/см³. Во избежание замерзания.
Выводы или «борны». Два свинцовых контакта для подключения клемм.
Устройство обслуживаемого аккумулятора
Если АКБ обслуживаемая, у нее есть съемная крышка, под которой предусмотрены отверстия для добавления жидкостей. Поскольку в свинцовых решетках некоторых моделей есть сурьма, при падении напряжения электролит разлагается, плотность раствора постепенно повышается, вода испаряется, поэтому в него нужно периодически добавлять дистиллят.
Если АКБ необслуживаемая (без съемной крышки), в корпусе батареи предусмотрены 2 клапана для сброса давления.
Принцип работы аккумуляторной батареи
Работа АКБ основана на разности зарядов между положительно и отрицательно заряженными электродами. При разряде батареи ток течет от анода (+) к катоду (-), при этом в каждой банке формируется напряжение порядка 2В. Поскольку банки соединены последовательно, на выходе получается стабильный ток напряжением 12В. При разряде расходуется серная кислота и плотность раствора падает, при заряде – наоборот.
При падении количества сульфата свинца ниже критического значения начинает преобладать электролиз воды, в ходе которого она «выкипает». Потери воды можно восполнить доливкой дистиллята, но только в том случае, если батарея обслуживаемая.
Ассортимент АКБ для разных видов транспорта можно найти в нашем каталоге . Мы сотрудничаем только с проверенными производителями и постоянно тестируем новинки аккумуляторного рынка.
Ждем Вас за покупками!
Сайт использует файлы Cookie (куки-файлы)
Продолжая использовать сайт Вы соглашаетесь на сбор данных о Вашем посещении сайта.
Принцип работы аккумулятора автомобиля и не только
Главная » Технологии
АКБ окружают людей в их повседневной жизни буквально повсюду – в мелкой и крупной домашней технике, средствах связи, любимом автомобиле. Несмотря на это, многие не знают, каков принцип работы аккумулятора, и посему не умеют с ним обращаться. На самом деле есть один генеральный принцип, которому подчинена работа батарей всех видов. Это обратимые химические реакции, происходящие циклично. Во время разряда аккумуляторной батареи происходит превращение энергии химической в электрическую, что обеспечивает работу технического устройства, к которому подключен АКБ. Когда запас этой энергии будет исчерпан на определенный процент, производят зарядку аккумулятора. Во время нее также идут химические превращения, но уже с обратным эффектом.
То есть поступление электрического тока вызывает накопление запасов химической энергии.
Отличают разные аккумуляторы между собой два аспекта – тип электролита и материал, из которого выполнены электроды. Основой для электролита выступают кислоты или щелочи, которые после разбавления водой или другими добавками приобретают вид готовой гомогенной смеси различной консистенции (жидкой либо гелевой). Вещество, выступающее электродом, способно изменять свойства готового изделия. Самыми распространенными являются литиевые, свинцовые и никель-кадмиевые батареи.
Содержание
- Об автомобильных аккумуляторах
- Как устроен литий-ионный аккумулятор?
- Li-Pol аккумуляторные батареи
- Щелочные батареи
- Ni-Cd аккумулятор
- Ni-MH аккумулятор
- Как работает зарядное устройство для АКБ?
Об автомобильных аккумуляторах
Принцип работы стандартного автомобильного аккумулятора опирается на его конструкцию и не зависит от того, залит в него кислотный или щелочной электролит.
Внутри диэлектрического и нерастворимого серной кислотой корпуса из специального пластика помещаются шесть банок-батареек, последовательно прикрепленных друг к другу. В каждой из этих банок есть по несколько электродов с зарядами «плюс» и «минус», которые выглядят как отводящая ток решетка, смазанная специальной химически активной массой.
Чтобы решетки с разными знаками случайно не соприкоснулись и не закоротили, каждая из них погружена в разделитель из полиэтилена. Сами электроды сделаны обычно из свинца с разнообразными примесями.
Если быть точным, то таких свинцовых решеток бывает три вида:
- Малосурьмянистые. И аноды, и катоды сделаны из сплава свинец+сурьма и требуют мало обслуживающих процедур.
- Кальциевые. Здесь примесь, соответственно, кальций. Такие электроды вообще не нужно обслуживать.
- Гибридные. Один электрод, с минусом, делается из кальциевого сплава, а положительный содержит сурьму.
Можно с уверенностью утверждать, что свинцово-кислотный — самый востребованный и распространенный вид аккумулятора для авто. Принцип работы свинцового аккумулятора основывается на активном взаимодействии серной кислоты с диоксидом свинца.
Когда батарея эксплуатируется, то есть нужна электрическая энергия, на катоде свинец окисляется, а его диоксид на аноде, напротив, участвует в восстановительной реакции. При зарядке, как нетрудно догадаться, взаимодействия идут в обратную сторону.
Это все происходит за счет кислоты в электролите, часть ее распадается, соответственно, концентрация падает. Именно этим обусловлена необходимость периодически обновлять жидкость в батарее.
С гелевыми аккумуляторами такого не случается. Состояние электролита в них не позволяет ему испаряться, если, конечно, не перегреть АКБ во время подзарядки. Как правильно заряжать гелевые аккумуляторы, читайте здесь →
Именно благодаря отсутствию необходимости периодически восполнять запасы активного вещества батареи с желеобразным электролитом относят к категории необслуживаемых.
Еще одно их преимущество в том, что гель не отсоединяется от электрических контактов, а значит, невозможны внезапные сбои и замыкания.
Как устроен литий-ионный аккумулятор?
Его конструкция не отличается сложностью: анод из пористого углерода, литиевый катод, пластина-сепаратор между ними и проводник тока – вещество-электролит. Во время разрядки ионы отделяются от анода и движутся на литий по электролиту, минуя сепаратор. Во время питания батареи все происходит с точностью до наоборот – литий отдает ионы, углерод принимает. Так и происходит процесс ионного круговорота между разнозарядными электродами литий-ионной батареи.
Точный состав катода может отличаться в конкретной модели или у определенного производителя АКБ. Дело в том, что многие фирмы тестируют разнообразные типы литиевых соединений для того чтобы изменять показатели устройств по своему усмотрению.
Впрочем, очевидно – улучшая одни характеристики, неизбежно приходится жертвовать другими. Чаще всего литий-ионные АКБ с повышенной емкостью, заботой об эксплуатирующих его людях и природной среде оказываются чрезмерно дорогостоящими или требуют слишком много внимания.
Но чего не отнять у батарей с литием, что составляет их принципиальную разницу с другими типами аккумуляторов, так это низкий уровень саморазряда.
Li-Pol аккумуляторные батареи
Литий-полимерные — это следующий этап развития литий-ионных АКБ. Принципиальная разница понятна из названия — в качестве электролита начинает использоваться полимерное соединение. Из-за прочности существующих в нем химических связей такой аккумулятор становится максимально безопасным, неправильная эксплуатация может сломать его самого, но не нанести вред владельцу, как это бывало с литиевыми АКБ с жидким наполнителем. Полимерный неопасно перегревать или протыкать острым предметом, в то время как жидкостной элемент уже давно бы взорвался.
Еще один огромный плюс Li-Pol батарей — их огромная проводимость. Из-за того, что в процессе реакций на анодах и катодах батарея приобретает свойства хорошего полупроводника, она способна передавать ток, в разы превышающий ее собственную электроемкость.
Щелочные батареи
Методика функционирования щелочного аккумулятора основывается на химических превращениях в щелочной среде. Именно поэтому для электродов таких АКБ применяют соединения металлов, которые активно взаимодействуют именно со щелочами.
Гидроокись никеля на электроде с положительным зарядом превращается в гидрат его закиси из-за череды реакций со свободными ионами в электролите. На катоде в это же время идут похожие взаимодействия, но только с образованием гидрата окиси железа. Между только что создавшимися веществами образуется разница в потенциалах, за счет которой и выделяется электроэнергия. В процессе подзарядки реакции те же самые, только в обратном порядке, вещества восстанавливаются до исходных.
Ni-Cd аккумулятор
Батареи никель-кадмиевого типа обычно применяют для некрупной техники, например, для шуруповерта. Принцип их устройства и работы схож с автомобильным АКБ, только в гораздо меньших масштабах – те же последовательно соединенные несколько маленьких батареек, совместно вырабатывающих нужные электрические показатели, а внутри них – уже знакомые аноды, катоды, пластины сепараторов и жидкий электролит.
Специфические характеристики, присущие только этому типу аккумуляторов, обеспечивают именно химические свойства никеля и кадмия. Они же накладывают и обязательство быть осторожным, особенно при утилизации. Это вызвано тем, что кадмий – довольно токсичный элемент.
При аккуратной же эксплуатации шуруповертов с такими АКБ приборы гарантированно будут работать долгое время на высокой мощности, в любых погодных и температурных условиях. К тому же их можно очень быстро заряжать.
Ni-MH аккумулятор
По своему устройству и механизму работы никель-металл-гидридные батареи очень похожи на кадмиевые и были изобретены практически сразу после них. Основное отличие состоит в материале, из которого изготовлен отрицательный электрод.
В аккумуляторах типа Ni-MH он состоит из особого справа металлов, которые абсорбируют водород. Часть из них реагируют с ионами электролита с выделением тепловой энергии, другая часть – с ее поглощением, в результате чего возможно безопасное и экологически безвредное использование такого устройства.
Как работает зарядное устройство для АКБ?
ЗУ для аккумулятора обычно состоит из выпрямителя и трансформатора и создает ток с постоянным напряжением около 14 вольт. Также хорошие приборы содержат элементы, которые следят за напряжением на питаемом аккумуляторе и в нужный момент выключают зарядку.
По ходу процесса работы зарядного устройства для автомобильного аккумулятора или для любого другого подаваемый им ток сам собой падает. Вызвано это тем, что в заряжающемся АКБ увеличивается сопротивление, и он больше не пропускает ток с большим напряжением. Если в зарядке есть измеритель, то он фиксирует тот момент, когда в батарее достигнуто напряжение в 12В, после чего ее можно отключать от сети.
АКБ – вещь не такая сложная, как может показаться. Ее устройство легко понять, к тому же, принцип работы одинаков для разных видов. Знать его владельцу аккумулятора хоть в машине, хоть в настенных часах, очень полезно – это поможет поступать правильно на всех этапах – выбора, обслуживания и утилизации батарейки.
Как вам статья?
Похожие статьи
Рейтинг
( Пока оценок нет )
принцип работы аккумулятора
Что делает автомобильный аккумулятор и как он работает?
Традиционные свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы в настоящее время могут быть упущены из виду из-за безумия по поводу литий-ионных аккумуляторов для электромобилей, но эти маленькие ребята представляют собой бесценные чудеса инженерной мысли, которые десятилетиями помогали питать автомобили.
Без сложных химических реакций внутри 12-вольтовой аккумуляторной батареи вашего автомобиля вы даже не смогли бы завести автомобиль или тем более выключить электрические стеклоподъемники. Читайте дальше, чтобы узнать об оригинальных способах работы вашего автомобильного аккумулятора и о том, как он объединяется с генератором автомобиля, чтобы сделать ваш автомобиль лучшим местом для времяпрепровождения.
Как работает автомобильный аккумулятор на 12 В?
Автомобильный аккумулятор работает с химическими реакциями. По сути, он переносит электроны между анодом (отрицательным выводом) туда, где они на самом деле хотят быть: катод (положительный вывод). Например, свинцово-кислотная батарея, используемая в большинстве автомобилей, получила свое название из-за того, что в ней используются пластины из диоксида свинца (и чистого свинца), погруженные в смесь воды и серной кислоты.
Эти аккумуляторы на самом деле имеют шесть элементов, каждый из которых вырабатывает около 2 В, поэтому автомобильные аккумуляторы обычно называют аккумуляторами на 12 В, хотя они не совсем 12 В. Каждая из этих шести ячеек состоит из пластин из диоксида свинца (положительный катод) и свинцовых пластин (отрицательный анод), которые погружаются в смесь серной кислоты и воды, чтобы вызвать химические реакции, которые в конечном итоге помогут батарее высвобождать электричество.
Имейте в виду, что батарея состоит из шести элементов, и каждый из них имеет различные пластины.
Эти электроны накапливаются в отрицательной клемме и определенно не хотят быть там, но они не могут проходить через раствор электролита, поэтому они направляются через отрицательную клемму и через цепь, пока в конечном итоге не достигнут положительной клеммы. Это основной принцип работы автомобильного аккумулятора, так как все остальные вспомогательные устройства в вашем автомобиле подключаются к этой цепи.
Но это работает только при выключенной машине; в противном случае то, что на самом деле питает электронику вашего автомобиля, — это генератор переменного тока. Аккумулятор, по сути, находится в вашем автомобиле для питания стартера, когда автомобиль выключен, но как только стартер оживляет двигатель, генератор вступает во владение.
Что делает генератор?
Как было сказано ранее, генератор переменного тока в основном выполняет работу, которую, по мнению людей, постоянно выполняет батарея. Помните, что аккумулятор быстро разряжается, если ему приходится питать все ваши стеклоподъемники, радио и вообще любое другое электронное устройство в вашем автомобиле. Итак, решение этой проблемы весьма изобретательно.
Инженеры установили в ваш автомобиль генератор переменного тока, работающий от двигателя вместо аккумулятора. Он производит достаточно электроэнергии для питания всех электрических битов вашего автомобиля. Самое замечательное в генераторе переменного тока то, что он также заряжает аккумулятор при работающем двигателе автомобиля, потому что аккумулятор действительно сильно разряжается после выполнения своей работы по запуску двигателя.
Единственная проблема генератора переменного тока заключается в том, что он вырабатывает переменный ток, который необходимо преобразовать в постоянный.
Чтобы решить эту проблему, переменный ток обрабатывается выпрямителем, что позволяет генератору переменного тока выкачивать требуемый постоянный ток.
Когда генератор выходит из строя, вы начинаете повсюду замечать признаки этого. Например, электроника вашего автомобиля не будет работать правильно, и ваши фары могут внезапно погаснуть. В этих условиях ваш автомобиль может начать выдавать кучу кодов, и даже если вы подключите его к приложению OBD2, он, вероятно, не определит, что проблема на самом деле в генераторе или аккумуляторе.
Что еще хуже, во многих транспортных средствах используются усовершенствованные модули, которые откалиброваны для работы с очень малыми допусками. Если ваш генератор или аккумулятор вышли из строя, весь автомобиль может начать работать хаотично и выдавать коды, совершенно не связанные с реальной проблемой: неисправность аккумулятора или генератора.
Является ли автомобильный аккумулятор таким же, как аккумулятор электромобиля?
Нет, это не то же самое, что аккумулятор в вашем электромобиле.
Свинцово-кислотные аккумуляторы значительно отличаются от литий-ионных аккумуляторов вашего электромобиля. Прежде всего, как вы уже узнали, состав свинцово-кислотных аккумуляторов в основном состоит из свинца и смеси воды и серной кислоты. С другой стороны, литий-ионные батареи состоят из таких материалов, как литий, кобальт и графит.
Кроме того, литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные аккумуляторы, что особенно идеально подходит для высокопроизводительных электромобилей и электроники, где крайне важны компактность и вес.
Свинцово-кислотные батареи также имеют меньший жизненный цикл по сравнению с литий-ионными батареями. Это означает, что вы можете заряжать и разряжать литий-ионный аккумулятор во много раз чаще, чем свинцово-кислотный аккумулятор. Это, безусловно, огромный плюс для использования в электромобилях, где батарея является наиболее важным и дорогим компонентом, а некачественный жизненный цикл сделает ее бесполезной.
Свинцово-кислотные батареи также требуют регулярного обслуживания, чтобы поддерживать их работу, в то время как литий-ионные батареи относительно не требуют обслуживания в течение всего срока службы.
Легко понять, почему литий-ионные батареи используются в электромобилях вместо традиционных свинцово-кислотных батарей. Если бы в электромобилях использовались свинцово-кислотные батареи, они были бы безумно тяжелыми и маломощными.
Свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему актуальны
Несмотря на недостатки, связанные со свинцово-кислотными аккумуляторами, они занимают свое место в автомобильной среде. Их относительно низкая стоимость по сравнению с литий-ионными батареями гарантирует, что они будут продолжать использоваться в автомобилях с бензиновым двигателем и других устройствах, где первоначальная стоимость является важным фактором.
Эти аккумуляторы используются в транспортных средствах уже много лет, и хотя литий-ионная технология является блестящей новинкой, свинцово-кислотные аккумуляторы всегда будут занимать свое место в автомобильной истории.
Как работает автомобильный аккумулятор?
Батарея необходима для работы большинства электрических и электронных устройств, и автомобильная система не является исключением. Понимание химии того, как работает автомобильный аккумулятор , — это совсем другое дело.
Почти каждый что-то знает об автомобильном аккумуляторе, например, о том, как его снимать, заряжать или хранить. Но сколько людей знают, как работает автомобильный аккумулятор? Думаю, очень мало. Что ж, вы скоро получите отличное представление о том, как работает автомобильный аккумулятор?
Как работает автомобильный аккумулятор
Когда зажигание автомобиля включено, внутри аккумулятора начинается последовательность реакций, в результате которых появляется электричество. Чтобы поддерживать эту последовательность, устройство, называемое генератором переменного тока, продолжает генерировать электроны, а также сохранять те, которые может.
Делает генераторную часть с помощью ремня, передающего энергию на батарею.
Боюсь, без этой последовательности реакций ваша машина не заведется.
Давайте покажем, как это работает внутри
Стандартная батарея содержит 12 сеток на шести элементах батареи SLI, что означает две сетки на ячейку. Одна из сеток состоит из свинца как единого элемента, а вторая сетка — из оксида свинца. В общей сложности батарея излучает 12 вольт мощности, при этом каждая ячейка излучает два вольта.
Обе сетки батареи погружаются в раствор серной кислоты, что активирует реакцию между ними. Но как работает батарея , так это то, что раствор кислоты катализирует реакцию эмиссии, в результате которой образуются ионы и сульфат свинца.
Ионы, образующиеся в результате первой реакции, реагируют со второй сеткой с выделением водорода и сульфата свинца.
Электроны, образующиеся в результате этой серии реакций, производят необходимое электричество для питания автомобиля.
Этот поток электронов вокруг ячеек активирует клеммы аккумулятора, которые передают его всему автомобилю через кабели. Теперь вы можете завести автомобиль и включить стереосистему.
Существует возможность реверсирования, если генератор не работает для зарядки аккумулятора. Чтобы избежать разряженного аккумулятора, убедитесь, что он заряжается, когда автомобиль работает.
Аккумулятор вашего автомобиля не только испускает электроны, производящие энергию, но и выравнивает подачу электричества для поддержания работы автомобиля. Он также может хранить заряды для будущего использования.
Структура автомобильного аккумулятора
Автомобильный аккумулятор не похож на элементы, используемые в небольших электронных устройствах, таких как фен. У него есть шесть других второстепенных ячеек, которые соединены последовательно. Это соединение заставляет энергию каждой ячейки складываться, создавая 12 вольт.
От каждой ячейки поступает 12 вольт (по два вольта), хотя в правильном расчете получается 12,6 вольт.
Принцип излучения энергии остается прежним. Тем не менее, некоторые модели аккумуляторов могут различаться по выдаваемому напряжению.
Как автомобильный аккумулятор работает внутри?
Обычный метод работы батарей, когда они подключены к электрической цепи, заключается в испускании электронов. Проще говоря, электрон имеет отрицательный заряд (единственная отрицательная часть атома), и он играет наиболее важную роль в обеспечении энергии.
При работе с батареей необходимо учитывать важные моменты. Во-первых, ячейка содержит два вывода, а именно катод (положительный) и анод (отрицательный). И эти клеммы углубляются в раствор серной кислоты, реагируя с анодом и испуская электроны.
После этого катод отправляет эти электроны обратно в раствор для поддержания химического баланса. Этот перенос электрона представляет собой совершенно новую реакцию между катодом и кислотой, которая отличается от первой реакции. Если есть разряженная батарея, это означает, что одна из этих реакций была неполной.
Химические реакции в аккумуляторе
В типичном свинцово-кислотном элементе есть положительные и отрицательные клеммы. Положительная клемма представляет собой оксид свинца (катод), а свинцовый элемент (анод) — отрицательную клемму. Катализатор, известный как кислотный раствор, представляет собой серную кислоту (h3SO4), которая образует сульфат свинца с выводами, когда аккумулятор используется.
Химическая формула реакции
- PbO2 + 4H+ + SO2- + 2e- -> PbSO2 + 2h3O
- Pb + SO2- -> PbSO4 + 2e-
В приведенном выше наборе реакций первая реакция поглощает электроны, а вторая отдает электроны. А электроны могут быть полезны только через клеммы, которые соединяются с проводами батареи.
Как заряжается автомобильный аккумулятор?
Пользователям необходимо своевременно заряжать автомобильный аккумулятор, чтобы он не разрядился, поэтому необходим надежный метод зарядки. Без этого, когда аккумулятор поставляет энергию, необходимую для работы автомобиля, он непременно сдохнет.
В типичном современном автомобиле генератор заряжает аккумулятор во время его использования. Но в старых моделях автомобилей именно динамо-машина выполняет функции зарядки. Оба зависят от системы с ременным приводом от двигателя, который вращает ротор в кабелях генератора.
Ротор получает электроны за счет намагничивания мелких частиц, когда медный углерод царапает железное кольцо зажима на балке. Вращение электромагнита внутри катушки статора — это то, что производит электричество внутри них.
Поток электронов, производящих электричество, переменный. Это означает, что он течет вперед и назад, в зависимости от направления ротора. Но для большей эффективности его нужно выпрямить, чтобы получился постоянный ток.
Динамо работает на постоянном токе, но не так эффективно, как обороты двигателя. Но одно можно сказать точно: он тяжелее генератора.
Когда он не заряжается должным образом, приборная панель становится яркой, указывая на предупреждающий знак.
Чаще всего это происходит при выключении двигателя.
Как автомобильный аккумулятор сохраняет энергию
Быстрый поток электронов от клемм попадает в двигатель автомобиля, заставляя генератор переменного тока подавать электроны. Цинк-медно-солевой аккумулятор Volta не меняет реакцию электронов так быстро, как аккумулятор Plante на основе оксида свинца-h3SO4.
Избыточные электроны переходят в раствор, который отдает их терминалам для производства электричества. Эти серии возвратно-поступательных реакций использовались с течением времени, и можно сказать, что они являются надежным источником энергии для автомобилей. Он настолько эффективен, что нет необходимости в лучшем методе.
Однако старайтесь не наносить вред окружающей среде, всегда перерабатывая старые батарейки.
Как автомобильный аккумулятор регулирует ток?
Генератор переменного тока вырабатывает переменный ток, который преобразуется в постоянный (выпрямляемый) с помощью диодов, что обеспечивает поток электронов в одном направлении.