Принцип работы акб

Аккумулятор: устройство, разновидности, назначение, принцип работы

Аккумулятор: устройство, разновидности, назначение, принцип работы - фотография 1

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. Применяются аккумуляторы в качестве автономных и резервных источников питания для электротехнического оборудования и различных устройств.

Устройство аккумулятора

В автомобилях обычно применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. 

Устройство аккумулятора - фотография 2

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 аккумуляторов - фотография 3

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.

Что нужно знать про АКБ - изображение 4

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:

Назначение АКБ в автомобиле

Основные функции аккумуляторной батареи:

  • Обеспечение пуска мотора. Аккумулятор подаёт питание на стартер в момент запуска;
  • Обеспечение питания потребителей в сети автомобиля, когда мотор заглушён;
  • Обеспечивает питание во время поездки, если генератор перегружен.

Устройство аккумулятора автомобиля - фото 7

К аккумулятору для автомобиля обычно предъявляют следующие требования:

  • небольшой саморазряд;
  • высокий пусковой ток;
  • компактные габариты;
  • отсутствие или минимум обслуживания.

Типы аккумуляторов

По способу их применения АКБ можно разделить на две основные категории:

  1. Интегрированные в сеть. Эти батареи используются как устройство хранения, постоянно заряжаемое от главного источника энергии и подающее электричество к нагрузке в случаях, когда основной источник отсутствует или его недостаточно для выполнения задач. Примеры такого применения — автомобильные и авиационные системы, бесперебойное и резервное питание, гибридные установки.
  2. Автономные. Эти АКБ предназначены для устройств, в которых аккумулятор разряжается аналогично обычной необратимой батарее, а затем заряжается после истощения. Обратимые батареи в таких случаях применяют для удобства, экономии средств (пополнение ёмкости дешевле замены) или для питания оборудования за пределами возможностей обычных гальванических элементов. АКБ для большинства бытовой электроники, транспортных средств, тягового и грузового промышленного оборудования и некоторых стационарных устройств попадают в эту категорию.

Принцип работы свинцовых аккумуляторов

Работают на реакции диоксида свинца и свинца, которая происходит в растворе серной кислоты. Когда к электродам подключаются потребители энергии, стартует химическая реакция. Оксид свинца вступает в реакцию с серной кислотой, а свинец окисляется. Вообще, в аккумуляторе происходит шесть десятков разных химических реакций, но важны только две. Когда происходит разрядка аккумулятора, диоксид свинца восстанавливается на катоде, а на аноде происходит окисление свинца. Когда аккумулятор заряжают, происходит обратная реакция. Говоря простыми словами, все происходит ровно наоборот.

Когда аккумулятор заряжают, происходит расход раствора серной кислоты, из которого выделяется вода (так как она легче), а плотность электролита, соответственно, снижается (при зарядке опять же происходит обратный процесс). При этом кислород и водород могут выделяться из электролита в виде пузырьков, что называют «кипением». Это не только крайне нежелательное явление, но и опасное сразу по двум причинам:

  • Вода расходуется, плотность электролита повышается;
  • Существует определенный риск взрыва газов.

Потери воды можно возместить доливкой новой (используют исключительно дистиллированную воду без каких-либо примесей), а при заряде снижают зарядный ток (если в самом аккумуляторе повышается напряжение). Отметим, что не у всех свинцово-кислотных аккумуляторов предусмотрена возможность доливки воды, что делает их по сути расходным устройством, так как возместить потери (которые будут в любом случае) невозможно. Конечно, если не пытаться вскрыть его самостоятельно, что делать не рекомендуется.

Что такое аккумуляторная батарея? - фото 26

Устройство свинцового аккумулятора

  • Электроды: решетки из свинца, в ячейках которых диоксид свинца;
  • Разделительные пластины (которые не вступают в реакцию с кислотой);
  • Электролит, в который погружены решетки;
  • Корпус.

Кроме этого есть баретка для соединения пластин одной полярности, сливное отверстие с заглушкой, отрицательный и положительный выводы, опорные элементы, крышка.

Концентрация серной кислоты в электролите влияет на электрическую проводимость. Получается так, что чем больше проводимость, тем меньше сопротивление, что влияет на процент потерь. Если аккумулятор предполагается использовать в условиях холодного климата, то концентрация серной кислоты будет выше. Это необходимо для того, чтобы предотвратить замерзание электролита и последующий разрыв аккумулятора.

Как работают при разряде аккумуляторные батареи? - фото 27

Преимущества и недостатки

Недостатки

  • Не должны храниться в разряженном состоянии;
  • Большой вес и размер;
  • Чувствительность к отрицательным температурам;
  • Энергоемкость низкая (если брать соотношение с весом);
  • Экологически опасны (из-за соединений свинца);
  • Ограниченное количество циклов разряда.

Преимущества

  • Очень низкий саморазряд, в этом смысле свинцовые аккумуляторы относятся к лидерам;
  • Требуют минимального обслуживания;
  • Нет эффекта памяти;
  • Могут производить большую токоотдачу в случае необходимости;
  • Просты в производстве и, как следствие, дешевые.

Правила хранения и утилизации

Свинцово-кислотные аккумуляторы требуют соблюдения определенных правил хранения и утилизации. Их необходимо хранить исключительно в заряженном состоянии.

При подготовке к зиме (актуально и для автомобильных АКБ) рекомендуется:

  • Зарядить свинцово-кислотный аккумулятор до конца при напряжении, которое указанно в инструкции по эксплуатации;
  • Положительный выход смазать пластичной смазкой (рекомендуется использовать технический вазелин). Другие типы (вроде солидола и т.д.) использовать нельзя: они будут разъедать клеммы;
  • Хранить на холоде, ведь в этом случае его саморазряд значительно ниже. А качественный электролит начинает замерзать при температурах ниже -50 -55 градусов.
  • Если предстоит использование АКБ при очень низких температурах, то за 7-8 часов его нужно перенести в отапливаемое помещение, после чего он без проблем будет работать и обеспечит запуск двигателя автомобиля.

Основные факторы износа:

  • Коррозия электродов;
  • Сульфация пластин;
  • Осыпание массы положительных электродов (деградация со временем).

Функционирование аккумулятора при заряде - фото 28

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 1200)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты