Принцип работы аккумуляторной батареи

Аккумулятор: устройство, разновидности, назначение, принцип работы

Аккумулятор: устройство, разновидности, назначение, принцип работы - фото 1 - изображение 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. 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.

Устройство аккумулятора - фото 2 - изображение 2

Как работает аккумулятор 4 turion

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 - изображение 3

Как работает аккумулятор 2 turion

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.

Аккумулятор: как работает и принципы его устройства - фотография 4 - изображение 4

Как работает аккумулятор 3 turion

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

Аккумулятор: как работает и принципы его устройства

Исторический обзор - изображение 5 - изображение 5

Устройство и принцип работы - фото 6 - изображение 6

Аккумуляторные батареи (АКБ) используются повсюду в качестве мобильных и стационарных источников питания: в подъемно-транспортном оборудовании, как элементы аварийного и резервного энергоснабжения, являются основой для автономности огромного разнообразия портативных устройств. Понимание того, как работает аккумулятор, поможет правильно заряжать смартфон и продлить срок службы батареи автомобиля.

Содержание

  • Исторический обзор
  • Устройство и принцип работы
  • Особенности зарядки и разрядки
  • Типы аккумуляторов
    • Свинцово-кислотные
    • Щелочные батареи
    • Литиевые перезаряжаемые устройства

Исторический обзор

Разработку первого гальванического элемента приписывают итальянскому физику Алессандро Вольта. Он проводил серию экспериментов с электрохимическими явлениями в течение 1790-х годов и примерно в 1800-м создал первую батарею, которую современники назвали «вольтовым столбом». Устройство состояло из чередующихся цинковых и серебряных дисков, разделённых слоями бумаги или ткани, которые были смочены в растворе натрия гидроксида.

Эти эксперименты стали основой работы над количественными законами электрохимии для Майкла Фарадея. Он описал принцип действия аккумулятора и на основе работ учёного были созданы первые коммерческие электрические элементы. Дальнейшая эволюция выглядела так:

  • Особенности зарядки и разрядки - изображение 7 - изображение 7

    1836 году британский химик Джон Даниель представил усовершенствованную модель ячейки, состоящую из медных и цинковых электродов, погруженных в соляную кислоту. Элемент Даниеля был в состоянии обеспечить постоянное напряжение несравнимо эффективнее, чем устройства Вольта.
  • 1839 год. Дальнейший прогресс состоялся благодаря физику Гроуву с его двухжидкостной ячейкой, состоящей из цинка, погружённого в разбавленную серную кислоту, находящуюся в пористой ёмкости. Последняя отделяла серную кислоту от сосуда, содержащего азотную с помещённым в неё платиновым катодом. Азотная кислота служила в качестве окисляющего агента, предотвращающего потерю напряжения в результате накопления водорода на катоде. Немецкий химик Роберт Бунзен заменил платину на недорогой уголь в элементе Гроува и тем самым содействовал широкому признанию этого типа батарей.
  • В 1859 году Гастон Планте изобрёл свинцово-кислую ячейку — предтечу современного автомобильного аккумулятора. Устройство Планте было в состоянии произвести необычайно большой ток, но использовалось только для опытов в лабораториях на протяжении почти двух десятилетий.
  • 1895—1905 годы. Изобретение щелочных элементов никель-кадмиевого и никель-железного типа. Это позволило создавать системы со значительным количеством циклов заряда-разряда.
  • С 1930-х началось развитие серебряно цинковых и ртутно-цинковых щелочных батарей, которые обеспечивали высокую плотность энергии на единицу веса и объёма.
  • С середины XX века достижения в области производственных технологий и появление новых материалов привели к созданию ещё более мощных и компактных аккумуляторов. Самым заметным было появление на рынке никель-металл-гидридных и литиевых батарей.

Устройство и принцип работы

Типы аккумуляторов - изображение 8 - изображение 8

Батареей называют устройство, которое преобразует энергию химических реакций в электрическую. Хотя термин «батарея» и обозначает сборку из двух или более гальванических элементов, способных к такому преобразованию, в широком смысле он применяется и к единичному элементу такого типа.

Каждый такая ячейка имеет катод (положительный электрод) и анод (отрицательный). Эти электроды разделены электролитом, обеспечивающим обмен ионами между ними. Электродные материалы и состав электролита подбираются таким образом, чтобы обеспечить достаточную электродвижущую силу между клеммами батареи.

Поскольку электроды содержат ограниченный потенциал химической энергии, батарея во время работы будет истощена. Тип гальванических элементов, который приспособлен для пополнения после частичного или полного разряда, называется аккумуляторами. Сборка из таких соединённых между собой ячеек — аккумуляторной батареей. Работа АКБ предполагает циклическую смену двух состояний:

  • Зарядка — батарея работает в качестве приёмника электроэнергии, внутри ячеек электрическая энергия реализуется в химические изменения.
  • Разрядка — устройство функционирует как источник электрического тока благодаря преобразованию энергии химических реакций в электрическую.

Особенности зарядки и разрядки

Аккумуляторные батареи: устройство, эксплуатация, принцип работы и схема - фото 9 - изображение 9

Энергия, используемая для восстановления ёмкости АКБ, поступает из зарядных устройств, подключённых к электрической сети. Чтобы заставить ток протекать внутри элементов, напряжение источника должно быть выше, чем у батареи. Значительное превышение расчётного зарядного напряжения может привести к выходу АКБ из строя.

Алгоритмы зарядки напрямую зависят от того, как устроен аккумулятор и к какому типу он относится. Например, некоторые батареи могут безопасно пополнять свою ёмкость от источников постоянного напряжения. Другие работают только с регулируемым источником тока, способными менять параметры в зависимости от уровня заряда.

Неверно организованный процесс заряда может повредить батарею. В крайних случаях возможно возгорание АКБ или взрыв её содержимого. Существуют интеллектуальные аккумуляторы, оснащённые устройствами контроля напряжения. Основными параметрами, которые следует учитывать при эксплуатации обращаемых гальванических батарей:

  • Что такое аккумуляторная батарея? - фото 10 - изображение 10

    Продолжительность жизни. Даже при правильном обращении количество циклов зарядки у АКБ ограничено. Различные системы АКБ изнашиваются не всегда по одинаковым причинам. Но в целом срок жизни аккумуляторов ограничен в первую очередь количеством циклов полного разряда-заряда, а во вторую — проектным сроком службы без привязки к интенсивности использования.
  • Время заряда. Принципиальное устройство АКБ не предполагает зарядку при сколь угодно высокой скорости: внутреннее сопротивление гальванического элемента приведёт к преобразованию избытка зарядного тока в тепло, что может необратимо повредить устройство. С физической точки зрения, время заряда ограничено максимальной скоростью диффузии активного материала через электролит. Упрощённо можно считать, что восстановление полной ёмкости за один час — хороший показатель.
  • Глубина разряда. Указывается в процентах от номинальной мощности. Характеризует полезную ёмкость. Для разных типов аккумуляторов рекомендуемый уровень эксплуатационного разряда может отличаться. Из-за изменений в процессе работы или старения показатель максимальной глубины теряет первоначальное значение.

Типы аккумуляторов

Конструктивно батареи различаются в зависимости от назначения и от типа протекающих в них электрохимических реакций. По способу их применения АКБ можно разделить на две основные категории:

  1. Как работают при разряде аккумуляторные батареи? - фотография 11 - изображение 11

    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.

В дополнение к способности перезаряжаться, аккумуляторные батареи, в сравнении с обычными гальваническими элементами, характеризуются высокой плотностью мощности и хорошей производительностью даже при низких температурах. В зависимости от состава электролита, материалов электродов и особенностей конструкции можно выделить три распространённых типа аккумуляторов.

Свинцово-кислотные

Эти АКБ имеют самую долгую историю популярности в качестве автономных источников питания. Большинство таких батарей изготовлены из свинцовых пластин или сеток, где одна из решёток (положительный электрод) покрыта диоксидом свинца в кристаллической форме. Электролит, состоящий из серной кислоты, участвует в реакциях свинца и диоксида свинца с образованием сульфата свинца. Перемещение ионов последнего образует ток разряда. Заряд происходит при помощи восстановления током заряда диоксида свинца на катоде.

Функционирование аккумулятора при заряде - фотография 12 - изображение 12

Этот тип батарей был востребован на протяжении более чем сотни лет благодаря следующим особенностям:

  • широкому диапазону возможностей как при производстве сильных, так и слабых токов;
  • надёжностью в течение сотен циклов в присутствии контроля заряда;
  • относительно низкой стоимости (свинец дешевле в пересчёте на ёмкость чем никель, кадмий, литий или серебро);
  • большой срок годности при хранении для перезаряжаемого устройства;
  • высокое напряжение единичной ячейки;
  • простотой изготовления (литьё, сварка, прокатка).

Автомобильный аккумулятор — наиболее известный свинцово-кислотный перезаряжаемый источник питания. Широко их применение в качестве тяговых в автофургонах, погрузчиках и других транспортных средствах. Хотя большинство их портативны, некоторые могут весить несколько тонн.

Щелочные батареи

В этом типе батарей электрическая энергия генерируется в результате химических реакций в щелочном растворе с использованием различных электродных материалов. Наиболее известные из них:

  • Параллельное соединение - фотография 13 - изображение 13

    Никель-кадмиевые. Способны выдавать исключительно высокие токи, перезаряжаться сотни раз, терпимы к ошибкам в обслуживании. Но, в сравнении со свинцово-кислотными, тяжелы и имеют ограниченную плотность энергии. Их долговечность напрямую зависит от полной разрядки в каждом цикле. Если её не делать, элементы проявляют так называемый эффект памяти, который выражается в снижении их ёмкости. Используются широко для запуска авиадвигателей, систем аварийного жизнеобеспечения и в сочетании с источниками солнечной энергии.
  • Никель-цинковые. Самые привлекательные, с точки зрения их развития. Если их жизненный цикл будет значительно продлён, системы такого рода могут стать жизнеспособной заменой для никель-кадмиевых и свинцово-кислых батарей.
  • Никель-железные. Могут обеспечить тысячи циклов, но не перезаряжаются эффективно. При пополнении ёмкости заметно выделяют тепло и потребляют много электроэнергии.
  • Никель-водородные. Были изобретены прежде всего для космической программы США. Водород в таких системах служит активным анодным материалом. Заменяют собой никель-кадмиевые во многих областях, благодаря высокой мощности на единицу объёма и терпимости к качеству обслуживания. Используются в электрических транспортных средствах.
  • Цинково-марганцевые. Применяются в системах, не нуждающихся в большом количестве электричества. Высокая плотность энергии и низкая стоимость этих батарей способствует дальнейшей инженерной работе над их усовершенствованием.
  • Серебряно-цинковые. Одни из самых дорогих. Используются там, где высокая плотность мощности, малый вес и малый объём имеют решающее значение: в специальных транспортных средствах и портативных радиолокационных узлах.

Литиевые перезаряжаемые устройства

Последовательное соединение - изображение 14 - изображение 14

К ним относятся аккумуляторы с литиевым анодом или использованием в электрохимической реакции ионов лития. На момент появления батареи на основе металлического лития были многообещающими благодаря впечатляющему потенциалу к миниатюризации, но оказались крайне нестабильны из-за риска протекания бурных химических реакций на аноде. Поэтому основной коммерческий успех этого типа АКБ состоялся с применением литий ионных технологий, суть которых заключалась в том, что вместе с отказом от металлического анода роль электролита взяли на себя сложные соли лития.

Благодаря высокой плотности накапливаемой энергии и ничтожному саморазряду, этот тип АКБ популярен как источник питания потребительской электроники. Главный недостаток литиевых батарей — риск неожиданного возгорания от перегрева. Даже самые современные из них оснащаются дополнительным электронным контролем процессов зарядки-разрядки в целях безопасности. Литий полимерные батареи — более совершенные в своём классе. В них вместо жидкого электролита используют твёрдый полимерный. Эти батареи легче обычных литий ионных, но из-за высокой цены не смогли полностью их заменить.

Прогресс не стоит на месте. Сейчас инженеры и технологи разрабатывают модели принципиального устройства аккумуляторов будущего, которые придут на смену литий-ионным аккумуляторам.

Появление наноматериалов способно дать толчок новому витку эволюции батарей с такими удивительными для современных устройств свойствами, как мгновенная зарядка, эластичность, сверхкомпактность и экологическая безопасность.

Аккумуляторные батареи: устройство, эксплуатация, принцип работы и схема

Типы аккумуляторных батарей - фотография 15 - изображение 15

Автономные источники электроэнергии являются одними из самых полезных изобретений человечества. Что такое телефон или радио, в которых не установлены аккумуляторные батареи? Устройство многих приспособлений, а также условия их использования не всегда предусматривают наличие постоянного сетевого электропитания, поэтому такие источники электроэнергии позволяют с комфортом осуществлять свою деятельность практически в любой точке мира. После небольшого предисловия давайте приступим к статье.

Что такое аккумуляторная батарея?

Основные характеристики - изображение 16 - изображение 16

В широком смысле под этим понятием подразумевают устройство, что при одних условиях использования может накапливать какой-либо вид энергии, а при других – расходовать, чтобы удовлетворить нужды человека.

Аккумуляторы аккумулируют электричество от внешнего источника питания, а потом отдают её подключенным потребителям, чтобы они смогли делать свою работу. Так, когда устройства работают, постоянно протекают химические реакции между электролитом и электродными пластинами. Кстати, подобная конструкция размещена в банках, из которых и формируются аккумуляторные батареи. Устройство данных конструкций предусматривает создание напряжения, как правило, 1,2-2 В, что весьма мало. Поэтому для увеличения показателей источников питания и применяются разные типы соединения.

Как работают при разряде аккумуляторные батареи?

Устройство данных источников питания предусматривает подключение к плюсу и минусу. Функционируют они следующим образом: когда к электродам подключается нагрузка (в качестве примера можно рассмотреть лампочку), то возникает замкнутая электрическая цепь. По ней начинает протекать ток разряда. Формируется он благодаря движению электронов, анионов и катионов. Более детальную информацию о том, что и как протекает, можно рассказать только на конкретном примере.

Допустим, что у нас есть аккумулятор, где положительный электрод – это окись никеля, в который был добавлен графит для повышения проводимости. Для отрицательной пластины применяли губчатый кадмий. Так вот, когда идёт разряд, то частицы активного кислорода выделяются и попадают в электролит. При этом от них отделяются части, которые идут как электричество (те же электроны). Затем частицы активного кислорода направляются в сторону отрицательных пластин, где они окисляют кадмий.

Функционирование аккумулятора при заряде

Устройство электродов - фото 17 - изображение 17

Необходимо отключить нагрузку на клеммах пластин. На них же подаётся, как правило, постоянное напряжение (но может быть и пульсирующее, зависит от случая), которое больше, чем величина батареи, что заряжается. Причем полярность должна быть одинаковой. То есть минусовые и плюсовые клеммы потребителя и источника обязаны совпадать. Учтите, что зарядное устройство обязательно должно обладать большей мощностью, чем есть в аккумуляторе, чтобы подавлять остатки энергии в нем и создавать электрический ток, направление которого будет противоположным разряду. В результате меняются и химические процессы, которые протекают в аккумуляторной батарее.

Давайте рассмотрим пример из предыдущего подпункта статьи. Здесь уже положительный электрод будет обогащаться кислородом, а на отрицательном восстановится чистый кадмий. Подводя итог, можно сказать, что во время заряда и разряда меняется только химический состав электродов. Это не относится к электролиту. Но он может испаряться, что негативно будет сказываться на времени работы батареи.

Итак, мы рассмотрели принцип работы любого аккумулятора. Теперь давайте узнаем, как во время эксплуатации можно улучшить их характеристики.

Параллельное соединение

Величина тока зависит от значительного количества факторов. В первую очередь под этим понимают конструкцию, применяемые материалы и их габариты. Чем большую площадь имеют электроды, тем большие показатели тока они смогут выдержать. Этот принцип используется для параллельного соединения однотипных банок в аккумуляторах. Такое делается, если необходимо увеличить значение тока, что идёт на нагрузку. Но вместе с этим приходится и поднимать мощность источника энергии.

Последовательное соединение

Электролит - изображение 18 - изображение 18

Если рассматривать банки, из которых состоят аккумуляторные батареи, то необходимо сказать, что они находятся, как правило, в одном корпусе. Подобный тип соединения используется, чтобы получить большие показатели напряжения с меньшими потерями.

Увидеть применение этой конструкции можно, разобрав автомобильные батареи, которые являются свинцово-кислотными. Стоит сказать, что этот тип применяется не только в устройстве автомобильного аккумулятора, это просто самый вероятный способ разобрать, как же работает подобный тип соединения. В таком случае необходимо позаботится о том, чтобы не было металлического контакта, а существовала надежная гальваническая связь через электролит. Но это только нужно понимать в отношении данного типа. В других случаях по-другому будет реализовываться поставленная задача соединения.

Типы аккумуляторных батарей

Эксплуатация аккумуляторных батарей - фото 19 - изображение 19

Они разнятся из-за своего предназначения, возможностей, реализации и материала. На данный момент современным производством освоен выпуск больше трех десятков типов, которые отличаются своим составом электродов, а также применяемым электролитом. Так, например, li-ion аккумуляторы могут похвастаться семейством из 12 известных моделей. Условно можно выделить следующие типы:

  1. Свинцово-кислотные.
  2. Литиевые.
  3. Никель-кадмиевые.

Это самые популярные представители. Но для понимания возможностей предлагаем ознакомиться со списком материалов, которые могут выступать в качестве электродов:

  • железо;
  • свинец;
  • титан;
  • литий;
  • кадмий;
  • кобальт;
  • никель;
  • цинк;
  • ванадий;
  • серебро;
  • алюминий;
  • ряд других элементов, которые, впрочем, встречаются очень редко.

Использование разных материалов влияет на получаемые выходные характеристики и, следовательно, на сферу применения. Так, к примеру, li-ion аккумуляторы применяются в компьютерных и мобильных устройствах. Тогда как никель-кадмиевые используются в качестве замены стандартных гальванических элементов. Теоретически все типы аккумуляторных батарей могут работать с любой нагрузкой. Вопрос только в том, насколько оправданным является такое применение.

Основные характеристики

Схема построения аккумуляторной батареи - фото 20 - изображение 20

Мы уже рассмотрели, что такое аккумуляторные батареи, устройство этих конструкций, из чего их делают. Теперь давайте сосредоточимся на том, что влияет на их эксплуатацию. Важными для нас характеристиками являются:

  1. Плотностью называют характеристику соотношения количества энергии к объему или весу аккумулятора.
  2. Емкостью именуют значение максимального заряда аккумулятора, которое он может отдать во время процесса разряда, пока не будет достигнуто наименьшее напряжение. Данный показатель выражается в ампер-часах или кулонах. Также может указываться энергетическая емкость. Она измеряется в ватт-часах или джоулях. Задача такой емкости – сообщать о количестве энергии, что отдаётся во время разряда до достижения минимального допустимого напряжения.
  3. Температурный режим оказывает влияние на электрические свойства аккумуляторной батареи. Когда есть серьезные отклонения от рекомендованного производителем диапазона эксплуатации, то существует высокая вероятность выхода источника питания из строя. Это объясняется тем, что холод и жара влияют на интенсивность протекания химических реакций, а также на внутреннее давление.
  4. Саморазрядом именуют потери емкости, которые происходят после заряда батареи, когда отсутствует нагрузка на клеммах. Во многом этот показатель зависит от конструктивного исполнения и может увеличиваться, если нарушилась изоляция.

Вот такие характеристики аккумуляторных батарей и предоставляют для нас наибольший интерес. Конечно, если придётся делать что-то новое и эксклюзивное, ранее невиданное, то может понадобиться и что-то ещё. Но это весьма маловероятно.

Устройство электродов

Что нужно знать про АКБ - фото 21 - изображение 21

В качестве примера мы возьмём свинцовые пластины. Хотя таковыми они были раньше. Современные пластины изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава. Благодаря этому достигается низкий уровень саморазряда батареи (50% емкости теряется за 18 месяцев). Также это позволяет экономно расходовать воду (всего 1 грамм на ампер-час).

Можно встретить и гибридную конструкцию, где, кроме свинца, в положительный электрод добавляется сурьма, а в отрицательный – кальций. Правда, в таких случаях имеется повышенный расход воды. Чтобы повысить стойкость к коррозийным процессам, добавляют олово или серебро.

Электроды изготавливаются с решетчатой структурой, их покрывают слоем активной массы. Принцип работы аккумуляторной батареи в немалой степени зависит от того, какой материал используется для пластин. Мы рассматриваем свинцовые, которые просты для изучения, но ориентироваться на них всегда не рекомендуем.

Электролит

Рассматриваем все те же свинцово-кислотные батареи. В качестве электролита, в который они помещаются, чаще всего выступает серная кислота. Она обладает определённой плотностью, которая может меняться в зависимости от уровня заряда батареи. В данном случае действует принцип: чем больше, тем выше. Со временем электролит улетучивается, и емкость аккумуляторной батареи падает. На сроке службы сказываются особенности эксплуатации (соблюдение техники безопасности). В батареях электролит может быть двух типов:

  • жидким;
  • в виде пропитанного специального материала.

На данный момент наиболее распространён первый тип.

Эксплуатация аккумуляторных батарей

Устройство, схема и принцип работы автомобильного аккумулятора - фотография 22 - изображение 22

Использование аккумуляторов можно наблюдать практически везде. Вспомните свои мобильные телефоны или источники бесперебойного питания для компьютеров. В качестве примера можно привести и обычный фонарик (современные образцы всё чаще изготавливаются со встроенным аккумулятором и не рассчитаны на гальванические элементы). А автомобили? Системы «стоп-старт» и рекуперативного торможения работают от аккумуляторов, причем они выдвигают высокие требования к пусковому току, глубокому разряду и долговечности. Как видите, без этих источников питания сложно обойтись в современной жизни любому человеку.

Схема построения аккумуляторной батареи

Мы рассмотрели основную информацию о данных устройствах. Давайте ещё уделим внимание такому понятию, как схема аккумуляторной батареи. Ведь в рамках статьи по нему прошлись только вскользь. Аккумулятор современной схемы, согласно истории, был впервые создан французским физиком Гастоном Плантом. Площадь его творения превышала 10 квадратных метров! Современные батареи, по сути, являются просто значительно уменьшенными и немного доработанными копиями его аккумулятора. Видимым для человека элементом является только корпус. Он обеспечивает общность и целостность конструкции.

Что нужно знать про АКБ

Назначение АКБ в автомобиле - изображение 23 - изображение 23

Пишет muller1569 в своём блоге.

Назначение аккумулятора – запуск двигателя, а вот о другой функции – использовать как аварийный источник питания, знают немногие. В данной статье мы поговорим как обслуживать автомобильный аккумулятор и как происходит зарядка, а сначала разберем работу аккумуляторной батареи.

Принцип работы аккумулятора

Аккумулятор – это контейнер который состоит из шести отдельных секций. Каждая отдельная секция представляет собой отдельный источник питания (вырабатывает каждая секция около 2,1 В), внутри секции находятся две пластины (сделаны из свинца), положительная и отрицательная, отделенные друг от друга.

Масса аккумулятора состоит из: веса электролита, свинцовых пластин и соединений, и составляет примерно 16-17 кг.

В свинцовые пластины добавляют сурьму (для увеличения прочности пластин), но к сожалению наличие сурьмы ведет к выкипанию воды из электролита, из-за чего почти во все типы аккумуляторов надо доливать воду. Благодаря прогрессу количество сурьмы в пластинах удалось уменьшить, что привело к появлению малообслуживаемых и гибридных аккумуляторов.

Сама работа аккумулятора очень проста. На положительном электроде нанесена двуокись свинца (цвет темно-коричневый), на отрицательном – губчатый свинец (серого цвета), внутрь залит электролит – водный раствор серной кислоты. При начале работы (разрядка) активная масса отрицательного электрода превращается в сульфат цинка и отдает в электрическую цепь два электрона, активная масса положительного электрода также преобразуется в сульфат цинка, и принимает из электрической цепи два электрона.

Для преобразования в сульфат цинка, как положительного, так и отрицательного электрода, тратится серная кислота — уменьшается массовая доля электролита. При зарядке, все наоборот, а также идет образование серной кислоты и увеличивается массовая доля электролита.

Обслуживание аккумуляторной батареи

❗ Если у Вас инжекторный двигатель, то ни в коем случае, не снимайте аккумулятор с автомобиля при включенном двигателе. Это может привести: в лучшем случае к сбою работы компьютера, в худшем, к сгоранию!

Аккумуляторные батареи делятся на четыре типа: обслуживаемые, малообслуживаемые, гибридные и необслуживаемые (как выбрать аккумулятор для авто). Обсудим каждую по отдельности:

✔ Обслуживаемые – найти такие трудно, но возможно. По сравнению с другими у них очень много недостатков и мало плюсов, а именно: довольно-таки дорогая стоимость, эбонитовый корпус (очень хрупкий), сверху они заливаются мастикой, которая из-за перепадов температуры и загрязнения теряет свои изоляционные свойства (аккумулятор самопроизвольно разряжается, и очень быстро). Из плюсов можно отметить возможность замены блока пластин. Из минусов — с мастики надо регулярно сдувать (убирать) грязь и часто надо доливать воду, примерно каждые 5-7 тыс.км.

✔ Малообслуживаемые – представлены очень широко, цены на них варьируются, от очень дешевых до дорогих, корпус пластиковый и очень надежный, воду надо заливать примерно каждые 20-30 тыс.км.

✔ Гибридные – относятся к малообслуживаемым, за некоторыми но: решетки положительных и отрицательных электродов состоят из разных сплавов, таким образом «гибридные» аккумуляторы сочетают в себе положительные свойства двух технологий, а именно: высокие пусковые токи, низкий расход воды и «выносливость». Найти такие трудно, да и стоимость высоковата.

✔ Необслуживаемые – расход воды у таких аккумуляторов так мал, что крышек для залива воды уже нет, обслуживания не требуется никакого. Но есть несколько недостатков: надо проверять натяжение ремня генератора, исправность самого генератора, регулятора напряжения и отсутствие утечек тока в системе электрооборудования. Цена на них, как на качественные малообслуживаемые, и если Вы уверены в своем автомобиле – это идеальный вариант.

Категорически не рекомендуются глубокие заряды и перезаряды аккумулятора. Это ведет к сульфатации свинцовых пластин, т.е. на пластинах появляется накипь. После такого аккумулятор восстановлению не подлежит. Из-за этого регулярно замеряйте плотность электролита. Особенно это актуально зимой. О степени разряженности батареи можно судить по плотности электролита. 0,01 г/см3 – это примерно 6% заряда, изначальная плотность составляет 1,27 г/см3.

Заряжать батарею начинают летом – если разрядка составляет 50%, зимой – 25%. Если зимой плотность электролита упала до 1,20 г/см3, то электролит будет замерзать примерно при -20С.

Как происходит зарядка аккумуляторной батарей?

Не забывайте перед уходом из автомобиля выключать все электроприборы, иначе можете прийти к авто, а аккумулятор сел. Например, включенные габариты полностью разрядят аккумулятор примерно за 30 часов.

Зарядка автомобильного аккумулятора осуществляется двумя разными способами:

1. Аккумулятор стоит непосредственно в автомобиле, двигатель работает и генератор в рабочем состоянии, зарядка идет автоматически (чем больше держите обороты, а электроприборы по возможности не включаете, тем быстрее идет зарядка).

2. Вынимается аккумулятор и берется зарядное устройство, подключаются контакты минус к минусу, плюс к плюсу. Чем меньше зарядный ток, тем больше заряда получит батарея. Только не перегибайте, а то аккумулятор не «закипит» и через «месяц». Далее читаем инструкцию зарядного устройства, т.к. сейчас зарядное устройство – это настоящий миникомпьютер с кучей кнопок и свойств. Зарядных устройств великое множество, и тяжело выделить кого либо из производителей, отличаются они друг от друга, как ценой так и свойствами (сглаживание поступающего напряжения, гашение «скачков»).

❗ Не стоит опасаться неправильного подключения аккумуляторной батареи к зарядному устройству — они обладают защитой от дурака, которая сигнализирует о неправильной полярности подключения.

Сколько по времени происходит зарядка аккумулятора?

Аккумулятор считается полностью заряженным, когда электролит "закипел". В среднем зарядка идет около 8-10 часов, но время может сильно варьироваться, все зависит от изначального заряда батареи. После закипания нужно подождать минут 10-15 и отключить зарядное устройство, после чего аккумулятор считается полностью заряженным.

❗ Если аккумулятор вашего автомобиля был полностью разряжен до нуля, то надо учитывать тип зарядного устройства и его величину тока. Если зарядное устройство с током 10 А, то зарядка займет 6-8 часов, а например 15 А зарядное устройство зарядит ваш АКБ за 5-6 часов. Также, все современные зарядные устройства обладают автоматическим режимом, и сами выключаются при полном заряде батареи автомобиля.

Если аккумулятор был полностью посажен, и зарядное устройство позволяет выбрать величину тока заряда, то выбирайте минимальное, от 4 до 6А. Так ваш аккумулятор будет заряжаться не менее 12 часов, зато восстановиться заметно лучше, чем при быстром заряде.

После зарядки аккумулятора желательно его тщательно промыть и просушить, т.к. на корпус батареи может попасть кислота или грязь. Это может привести к своевременному разряду АКБ, т.к. его корпус пропускает напряжение. Это можно легко проверить — нужно измерить напряжение крышки аккумулятора. Если оно отлично от нуля, то батарея пропускает напряжение и ее нужно промыть раствором соды. Только следите, чтобы данный раствор не попал в банки аккумулятора.

познавательно, в закладки ))

Устройство, схема и принцип работы автомобильного аккумулятора

Устройство аккумулятора автомобиля - изображение 24 - изображение 24

В своей хозяйственной деятельности человек использует различные устройства, в составе которых работают аккумуляторы. Это касается бытовой техники, мобильных устройств, часов, автомобилей, электроинструмента и много чего ещё. Вне зависимости от того, в какой сфере используются аккумуляторные батареи, принцип работы у них одинаков. В процессе зарядки АКБ накапливает электрическую энергию, а затем отдаёт для питания устройства. На сегодняшний день имеется много видов аккумуляторных батарей, у каждого из которых есть свои особенности в устройстве и функционировании. В этой статье мы поговорим про устройство автомобильного аккумулятора и его конструкцию.  

Назначение АКБ в автомобиле

Аккумулятор представляет собой один из ключевых элементов авто. Работая в бортовой сети автомобиля в связке генератором, он является источником электрического тока. Основные функции аккумуляторной батареи заключаются в следующем:

  • 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.

Кроме того, при работе вместе с генератором АКБ осуществляет сглаживание пульсаций электрического тока в бортовой сети.

Принцип работы аккумулятора в автомобиле - фотография 25 - изображение 25

Напряжение аккумуляторных батарей для легковых автомобилей составляет 12 вольт. Ёмкость может лежать в пределах 40─130 Ач. Пусковой ток 300─1300 ампер. Значения справедливы для АКБ легковых машин и лёгкого коммерческого транспорта.

На грузовые авто и специальную технику могут устанавливаться батареи с напряжением 24 вольта. На мотоциклетной технике используются модели номиналом 6 вольт.

К аккумулятору для автомобиля обычно предъявляют следующие требования:

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

https://www.youtube.com/watch?v=MO1MqiX2SBE Дополнительно можете прочитать материал про виды аккумуляторов для автомобилей.  

Устройство аккумулятора автомобиля

Из чего состоит аккумулятор автомобиля

В подавляющем большинстве легковых автомобилей работают свинцово-кислотные батареи с жидким электролитом (WET). Их устройство и конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется. Кроме того, ведутся разработки новых типов автомобильных аккумуляторов. Ниже представлена схема автомобильного аккумулятора. [caption id="attachment_4753" align="aligncenter" width="300"]

Основные характеристики автомобильного аккумулятора - изображение 26 - изображение 26

Из чего состоит аккумулятор автомобиля[/caption] АКБ состоит из 6 банок (аккумуляторных элементов), подключённых последовательно. Все они заключены в пластиковый корпус, который не проводит электрический ток и стойкий к воздействию серной кислоты. В каждой банке есть набор положительных и отрицательных электродов, которые чередуются. Электрод представляет собой токоотводящую решётку, на которую нанесена обмазка (активная масса). Для того чтобы предотвратить замыкание электродов разной полярности, они помещены в полиэтиленовые сепараторы. Электроды выполнены из свинца с различными легирующими добавками. Устройство современных АКБ часто подразумевает наличие электродов из сплава свинца с кальцием. Это позволяет снизить саморазряд и расход воды. Примером могут служить необслуживаемые аккумуляторные батареи для автомобиля. Вообще, можно выделить следующие актуальные разновидности WET аккумуляторов:

  • Малосурьмянистые (малообслуживаемые). Положительные и отрицательные электроды выполнены из сплава свинца с сурьмой (до 6%);
  • Кальциевые (необслуживаемые). Электроды выполнены из сплава свинца с кальцием;
  • Гибридные. Отрицательный электрод выполняется из свинца, легированного кальцием, а положительный ─ сурьмой.

Существуют также разные методы изготовления решёток электродов (литьё, просечка) и нанесения активной массы. Некоторые производители имеют свои запатентованные технологии. В основном все они ориентированы на улучшение отвода тока и уменьшение внутреннего сопротивления АКБ. В некоторых случаях в состав электродов добавляют серебро, тантал, олово для того, чтобы увеличить стойкость к коррозии. В современном производстве при выпуске положительных электродов применяют несколько методов:

  • Power Frame. Это наиболее современная технология. В этом случае решётка электрода выполняется с опорной рамкой и внутренними направляющими. В результате повышается жёсткость конструкции;
  • Power Pass. Эта технология подразумевает наличие вертикальных направляющий к «уху» электрода;
  • Chess Plate. В этом случае направляющие располагаются в шахматном порядке.

На решётки электродов наносится обмазка или активная масса для увеличения поверхности взаимодействия с электролитом. Для положительных пластин используется диоксид свинца, а для отрицательных ─ губчатый свинец.

Устройство аккумулятора подразумевает погружение электродов в электролит. Это раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Главной характеристикой электролита является его плотность. Эта величина изменяется в зависимости от степени заряда. Плотность максимальна на полностью заряженной АКБ и минимальна на разряженной.

https://www.youtube.com/watch?v=fK3YF-wego0  

Особенности конструкции разных видов автомобильных аккумуляторов

Кроме аккумуляторов WET с жидким электролитом, есть и другие виды свинцово-кислотных аккумуляторов. Это батареи AGM и GEL. Их устройство предусматривает наличие кислотного электролита в связанном состоянии. Часто эти батареи обобщённо называют гелевыми, но это не совсем так. В AGM аккумуляторах электролитом пропитан материал из стекловолокна, который прилегает к свинцовым пластинам. На изображении ниже можно посмотреть устройство AGM аккумулятора. [caption id="attachment_4754" align="aligncenter" width="264"]

Аккумуляторная батарея (АКБ). Устройство и принцип работы - изображение 27 - изображение 27

Схема AGM батареи[/caption] Ещё одна разновидность свинцовых аккумуляторов называется GEL. Здесь кислотный электролит находится в гелеобразном состоянии. Это достигается за счёт добавления в кислоту оксида кремния. Этот вид АКБ практически не используется в легковых автомобилях. Батареи GEL можно встретить в мотоциклетной технике, скутерах, морском транспорте, домах на колёсах. А вот AGM батареи получают всё большее распространение в авто. Популярность AGM растёт благодаря появлению автомобилей с системами старт-стоп и рекуперации энергии торможения. Требования к АКБ возрастают. От них требуется более высокий ток прокрутки, устойчивость к глубоким разрядам, длительный срок службы. Аккумуляторы AGM (расшифровывается, как Absorbed Glass Material) удовлетворяют требованиям современных автомобилей с большим количеством электроники на борту. В продаже также можно встретить аккумуляторные батареи EFB или Enhanced Flooded Battery. По устройству эти АКБ можно отнести к WET батареям. Но в реальности они занимают промежуточную ступень между обычными WET и AGM аккумуляторами. В них залит жидкий кислотный электролит, а электроды имеют покрытие из микроволокна. Это обеспечивает большую аккумуляцию энергии, повышение токоотдачи и устойчивость к частым циклам заряд-разряд. Производители также рекомендуют использовать их в автомобилях с системами старт-стоп. Пока EFB и AGM не стали массовыми из-за высокой стоимости. Поэтому в большинстве машин используются аккумуляторы типа WET.

Стоит отметить, что при заряде АКБ идёт выделение газов. Поэтому корпуса аккумуляторов имеют систему отведения газов. Чтобы батарея оставалась герметичной используются предохранительные клапаны. Такие клапаны могут быть встроены в пробки. Их устройство позволяет им открываться при увеличении давления выше определённого предела.

Водород и кислород, которые выделяются на электродах при зарядке, взаимодействуют с выделением воды. А в случае превышения допустимого заряда они выпускаются в атмосферу. Этот механизм называют VRLA или Valve Regulated Lead Acid Battery. Устройство лабиринтной вентиляции в корпусе АКБ является более совершенным. В такой конструкции выделяющиеся газы конденсируются, и образующаяся вода возвращается обратно в банки аккумулятора. Есть батареи, устройство которых предусматривает наличие пламегасителей. Эти приспособления обеспечивают отсекание пламени от внутреннего пространства аккумулятора при воспламенении газов. По своей конструкции пламегасители являются мембранами. Аккумулятор подключается к автомобилю с помощью выводов из свинца. Положительного и отрицательного. Они выполняются разной толщины и маркируются соответствующим образом, чтобы не допустить ошибку при подключении. [caption id="attachment_4755" align="aligncenter" width="300"]

Устройство аккумулятора. - фотография 28 - изображение 28

Выводы автомобильного аккумулятора[/caption] В зависимости от положения выводов полярность аккумуляторной батареи может быть прямая или обратная. Читайте подробнее о том, как определить полярность аккумулятора автомобиля. Устройство необслуживаемых батарей предусматривает наличие индикатором заряда. Его ещё называют гидрометром или просто «глазком». Подробнее об индикаторе заряда автомобильной АКБ читайте в статье по ссылке. Крепление аккумулятора в подкапотном пространстве выполняется двумя основными способами:

  • скобой за выступ корпуса АКБ. Такое крепление используется для аккумуляторов европейского типоразмера;
  • при помощи рамки. Применяется в случае с батареями азиатского типоразмера.

Есть ещё АКБ американского типоразмера с боковым креплением клемм, но в нашей стране они практически не используются. Подробнее о типоразмерах и весе аккумуляторных батарей. https://www.youtube.com/watch?v=48Kkm4xgRHI  

Принцип работы аккумулятора в автомобиле

Теперь, когда вы знаете, как устроен автомобильный аккумулятор, поговорим о процессах в нём. Процессы, происходящие в свинцово-кислотном аккумуляторе, можно описать следующими реакциями: Заряд описывается реакцией слева направо, а разряд ─ справа налево. Анод (положительный электрод): PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e− -> PbSO4 + 2H2O Катод (отрицательный электрод): Pb + SO42- − 2e− ->PbSO4 При включении потребителей электрического тока начинается разряд АКБ. При этом диоксид свинца на положительных пластинах и губчатый свинец на отрицательных вступают в реакцию с серной кислотой. В результате выделяется сульфат свинца и вода. По мере разрядки батареи плотность электролита снижается. Когда аккумулятор заряжается вода из электролита и сульфат свинца на пластинах преобразуются в PbO2, Pb, H2SO4. Плотность электролита растёт по мере зарядки и доходит примерно до 1,29 гр/см3 при полном заряде. Процесс растворения сульфата свинца проходит не до конца. Поэтому идёт постоянный процесс сульфатации пластин АКБ. [caption id="attachment_4756" align="aligncenter" width="278"]

Принцип работы электромобиля, как он устроен, какое в нём напряжение и схема питания от аккумуляторных батарей - фотография 29 - изображение 29

Зарядка аккумулятора автомобиля[/caption]

Зарядка аккумуляторной батареи осуществляется как от генератора при поездке, так и от сетевого зарядного устройства. На работу батареи влияет температура окружающей среды. При повышенной температуре увеличивается токоотдача и мощность, но растёт саморазряд и расход воды. При пониженных температурах замедляются химические процессы, снижается пусковой ток и разрядная ёмкость. Электролит в разряженном аккумуляторе на сильном морозе может замёрзнуть.

Саморазряд аккумулятора зависит от типа батареи, температуры ОС, легирующих добавок в сплаве пластин. Срок службы большинства автомобильных аккумуляторов составляет 3─5 лет и сильно зависит от условий эксплуатации и регулярного обслуживания. Если вы выбираете себе новую АКБ, то можете прочитать статью про аккумулятор Варта.  

Основные характеристики автомобильного аккумулятора

В заключение стоит сказать об основных характеристиках аккумулятора для автомобиля. Среди них:

  • ёмкость;
  • напряжение;
  • ток холодной прокрутки.

Значения всех этих параметров можно найти на этикетке АКБ или на сайте производителя. Номинальной ёмкостью батареи называется энергия полностью заряженной батареи, которую она отдаёт в процессе разряда 20 часов. Величина выражается в ампер-час. Распространённые АКБ для автомобиля 55 Ач обязаны в течение двадцати часов обеспечивает ток 2,75 ампера. Хотя на практике такой разряд не используется. От аккумулятора требуется отдавать сотни ампер в течение нескольких секунд, когда выполняется запуск двигателя. Иногда можно встретить понятие резервной ёмкости. Это значение представлено в минутах. К примеру, аккумулятор должен проработать 90 минут при токе разряда 25 ампер и при этом напряжение не должно упасть ниже 10,5 вольта. По-простому говоря, это время, которое аккумуляторная батарея будет обеспечивать свои функции, и подменять генератор. Что касается напряжения, то на легковых автомобилях устанавливаются АКБ с номиналом 12 вольт без вариантов. Величина тока холодной прокрутки показывает значение, отдаваемое АКБ при температуре минус 18 градусов Цельсия в течение 10 секунд. Напряжение на аккумуляторе не должно упасть ниже 7,5 вольта. То есть, ток прокрутки показывает, насколько резво и долго батарея сможет крутить стартер в мороз. Надеемся, что статья была для вас полезной. Если да, то расскажите о нас в социальных сетях. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте статью! Исправления и дополнения ждём в комментариях!

Аккумуляторная батарея (АКБ). Устройство и принцип работы

Устройство автомобилей - фотография 30 - изображение 30

Если две свинцовые пластины опустить в слабый раствор серной кислоты в воде (электролиз) и подсоединить их к зажимам источника тока, например генератора, то спустя некоторое время мы обнаружим, что через наш аккумулятор течет электрический ток. Между веществом пластин и кислотой произойдет химическая реакция. Вследствие этого аккумулятор зарядится, т.е. сам превратится в источник тока. Отсоединив теперь аккумулятор от генератора и подключив его к потребителю энергии, можно отбирать накопленную им электроэнергию, или разряжать аккумулятор. Обратимая химическая реакция, происходящая при разряде и заряде аккумулятора, записывается в виде:

Аккумуляторы и принцип их работы (стр. 1 из 2) - фотография 31 - изображение 31

Этот процесс можно повторять многократно: при работающем генераторе электрическая энергия накапливается (заряд), а при неработающем запасенная энергия расходуется на питание потребителей (разряд). Простейшие аккумуляторы, состоящие из двух пластин (положительной и отрицательной), объединяют в аккумуляторную батарею, соединяя пластины последовательно друг с другом.

Применяются аккумуляторные батареи, вырабатывающие постоянный ток напряжением 12 В (на карбюраторных машинах) или 24 В (на ТС с дизелем).

Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор имеет напряжение 2,0… 2,1 В. Поэтому для получения источника тока напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 6 аккумуляторов, а для получения источника напряжением 24 В — 12 аккумуляторов. Такое сравнительно низкое напряжение используется потому, что оно малоопасно для человека в случае появления неисправности в электросистеме ТС.

Свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея, применяемая на ТС, позволяет получить силу тока разряда, в 3 — 5 раз превышающую номинальную. Отрицательные 1 и положительные 3 пластины выполняют в виде решетки, отлитой из свинцово-сурьмянистого сплава с небольшим содержанием сурьмы, повышающей стойкость материала против коррозии и твердость. Сепараторы 2 устанавливают между отрицательными и положительными пластинами, собранными в полублоки. Перемычки 4 и 6 связывают в один полублок параллельно включенные пластины одинакового знака. Для соединения аккумуляторов в батарею блоки 13 пластин чередуют таким образом, чтобы отрицательные штыри перемычек одного блока находились напротив положительных штырей перемычек соседних блоков. Аккумуляторный бак изготавливают из эбонита или термопласта в виде общего сосуда (моноблока 11), разделенного на отдельные ячейки перегородками. Бак имеет общую крышку 7 с пробками 9 наливных отверстий.

Решетка служит каркасом, на котором установлены пластины, выполненные из губчатого свинца (Рb) — для отрицательных пластин и диоксида свинца (Рb02) — для положительных. Вследствие пористости материала площадь активной поверхности возрастает в 600—800 раз по сравнению с действительной площадью, благодаря чему увеличивается емкость аккумулятора. Емкость аккумулятора и количество энергии, которое он может отдать при разряде, определяются количеством вещества в пластинах (их площадью), взаимодействующего с серной кислотой.

Емкость аккумуляторной батареи, измеряемая в амперчасах (А-ч), зависит от температуры электролита и силы разрядного тока. Чем ниже температура, тем меньшее количество энергии может отдать батарея. Так, при понижении температуры на 1 °С емкость уменьшается на 1 %. При определенной низкой температуре электролит аккумуляторной батареи может замерзнуть, что повлечет за собой разрушение аккумулятора и выход его из строя.

Под номинальной емкостью батареи С20 понимают ее емкость при 20-часовом разряде и силе разрядного тока 0,05 С20 А. Разряд осуществляется до конечного напряжения на выводных штырях, равного 10,5 В для 12-вольтной батареи.

Аккумулятор: описание,назначение,устройство,признаки и причины неисправностей,фото . - изображение 32 - изображение 32

Рис. Свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея: 1, 3 — отрицательные и положительные пластины соответственно; 2 — сепаратор; 4, 6, 8 — перемычки; 5 — предохранительный щиток; 7 — крышка; 9 — пробка; 10 — полюсный вывод (штырь); 11 — Моноблок; 12 — призматические ребра; 13 — блок пластин

Все стартерные аккумуляторные батареи имеют определенную маркировку. Например, в обозначениях 6СТ-90-ЭМН и 6СТ-78- ЭМСЗ первая цифра (6) указывает число аккумуляторов в батарее (батареи 12-вольтовые). Буквы СТ определяют назначение батарей — стартерного типа (обеспечивают силу тока разряда до 500 А). Цифры после букв (90 и 78) характеризуют емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом разряде. Последующие буквы означают материал корпуса батареи (Э — эбонит, Т — термопласт) и сепараторов (М — мипласт, С — стекловолокно, Р — мипор). Буква в конце определяет исполнение батареи (Н — несухозаряженная, 3 — сухозаряженная).

Сухозаряженные батареи в процессе изготовления на аккумуляторном заводе заряжают полностью, а затем сливают электролит и герметизируют батареи. Перед началом эксплуатации их заливают электролитом плотностью 1,25… 1,27 г/см3.

Температура замерзания электролита зависит от его плотности, а последняя, в свою очередь, от степени разряженности конкретной батареи. Плотность электролита у полностью заряженного аккумулятора при температуре 20 °С составляет 1,22… 1,39 г/см3, а у полностью разряженного — 1,15… 1,16 г/см3.

Электролит представляет собой раствор серной кислоты в воде. Если в 1 л электролита заряженного аккумулятора содержится 500 г чистой серной кислоты и около 800 г воды, то плотность электролита, г/см3, рассчитывается по формуле:

(500 + 800) / 1000 = 1,3

Нормальной плотностью электролита в полностью заряженной аккумуляторной батарее при температуре окружающего воздуха 15°С считается 1,27… 1,29 г/см3. Летом плотность понижают до значений 1,27… 1,24 г/см3, а зимой из-за опасности замерзания электролита повышают до 1,31 г/см3.

Таблица. Взаимосвязь параметров электролита и аккумуляторной батареи

Степень разря­женности, %

Плотность электроли­та, приведенная к 15 °С, г/см3 Температура замерзания электролита, °С
0 1,28 -68
25 1,24 -42
50 1,21 -28
75 1,18 -20
100 1,15 -14

Аккумуляторные батареи, применяемые на ТС, при необходимости соединяют друг с другом, повышая их общую емкость или номинальное напряжение. При параллельном соединении батарей их общая емкость равна сумме емкостей отдельных батарей, а общее напряжение не изменяется. При последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений отдельных батарей, а общая емкость остается неизменной.

Устройство аккумулятора.

Признаки и причины неисправности аккумуляторной батареи - фотография 33 - изображение 33

Устройство автомобильного аккумулятора представляет собой чередующиеся отрицательные и положительные электроды, к которым подключена активная масса. В свою очередь батарея состоит из 6 аккумуляторов, последовательно соединенных и находящихся в одном корпусе. Для изготовления корпуса применяется материал пропилен, он не способен проводить ток и одновременно с этим легко противостоит разъедающим свойствам кислоты.

Эксплуатационные дефекты - изображение 34 - изображение 34

Для создания электродов применяют свинцовый сплав. В большинстве современных аккумуляторов для создания электродов применяют свинцово-кальциевый сплав. Благодаря этому такие аккумуляторные батареи очень медленно саморазряжаются — за 18 месяцев теряют 50% емкости, а также имеют малый расход воды — 1 г/Ач. Из этого следует, что во время эксплуатации такой батареи можно обойтись без добавления воды.

Гибридная аккумуляторная батарея более дешевый и редкий вариант. Устройство аккумулятора в таких батареях, содержит в себе электроды, изготовленные из разных сплавов: отрицательные из свинцово-кальциевого, положительные из свинцово-сурмяного. Гибридная аккумуляторная батарея расходует воды больше, чем кальциевая в 1,5- 2 раза. Несмотря на это, ей тоже не надо обслуживания.

 

Устройство аккумулятора автомобиля.

Устройство аккумулятора автомобиля следующее:

  1. корпус, внутри которого залит электролит; 
  2. положительный контактный вывод; 
  3. отрицательный контактный вывод; 
  4. положительная пластина (анод); 
  5. отрицательная пластина (катод); 
  6. пробка, внутри которой заливная горловина (есть не у всех современных аккумуляторов).

 

Принцип работы свинцового аккумулятора - фото 35 - изображение 35

 

Устройство аккумулятора включает в себя электролит, в который помещаются электроды. В роли электролита выступает раствор серной кислоты, плотность которого уменьшается при снижении заряженности. Корпус делится на 2 части: основная глубокая емкость, крышка. Аккумуляторные батареи бывают разных типов, поэтому у некоторых крышка оснащена дренажной системой (отводит образующий газ), а у других в крышке расположены горловины с пробками.

Устройство аккумулятора таково, что содержит в себе отдельные ячейки, в каждую из которых устанавливается собранный воедино пакет. Этот пакет состоит из большого количества отдельных пластин с чередующейся полярностью. Пластины созданы из свинца и обладают структурой решетчатого характера из прямоугольных сот. Такая структура отлично подходит для нанесения на пластины активной массы. Наносится она с помощью намазывания, поэтому такие аккумуляторы называются — аккумуляторами намазного типа. В некоторых дорогих аккумуляторах в свинцово-калиевый сплав электродов добавляют олово или серебро, что увеличивает их стойкость к коррозии.

Конструкция и устройство аккумуляторной батареи самих электродов представляют из себя решетчатую структуру. Для создания отрицательных и положительных электродов применяют различные технологии. Технологию Expanded metal используют для создания решетки отрицательных электродов, путем просечки свинцового листа с дальнейшей растяжкой. Электроды простой конструкции создаются по нескольким технологиям: Chess Plate — жилки электродов находятся в шахматном порядке, Power Pass — вертикальные жилки подходят к ушку электрода. Электроды более сложной конструкции создаются по технологии Power Frame. Электроды, изготовленные по такой технологии обладает опорной рамой, а также жилами внутренней направленности, что приводит к высокой жесткости и небольшому линейному расширению. Слой активной массы, наносимой на электроды различен в зависимости от полярности электрода. Активная масса в виде губчатого свинца применяется для отрицательных электродов. Диоксид свинца применяется для активной массы положительных электродов.

Устройство аккумуляторных батарей бывает, как с жидким электролитом, так и наоборот. Наиболее часто используются батареи с жидким электролитом.

 

Схема устройства аккумулятора.

Схема устройства аккумулятора представляет собой структуру устройства аккумуляторной батареи изнутри. Производители корпуса аккумуляторной батареи учитывают, что он должен обладать высокой сопротивляемостью к вибрациям, быть инертным к агрессивным химическим воздействиям, легко переносить перепады температуры. Всем этим параметрам отвечает материл полипропилен. В основном из него изготавливают корпус аккумуляторных батарей.

Принцип работы аккумуляторной батареи - фотография 36 - изображение 36

Для фиксации собранного пакета от смещений применяется специальный бандаж. Минусовые и плюсовые токовыводы пластин соединенны попарно и благодаря токосборникам концентрируют энергию на выводных борнах аккумулятора. К которым присоединяют токоприемные клеммы машины.

 

Схема зарядного устройства для аккумулятора.

На схеме зарядного устройства для аккумулятора мы видим:

  • трансформатор,
  • выпрямитель,
  • генератор импульсов  
  • ключ на тиристоре.

Для заряда автомобильных аккумуляторов достаточно выдержать определённое время заряда и измерить в конце напряжение на аккумуляторе вольтметром.

Принцип работы аккумуляторной батареи - изображение 37 - изображение 37

Принцип работы электромобиля, как он устроен, какое в нём напряжение и схема питания от аккумуляторных батарей

Принцип работы аккумуляторной батареи - фотография 38 - изображение 38

Принцип работы электромобиля, как он устроен, какое в нём напряжение и схема питания от аккумуляторных батарей

Auto.Today8 августа 2019

Принцип работы аккумуляторной батареи - фотография 39 - изображение 39

Фото: Auto.Today В мире автотехники электрокары явление уже не новое, но всё ещё неустоявшееся. Учёные постоянно работают над концепцией усовершенствования электромобилей, чтобы расширить и упростить их функционал. Современные модели называют идеальным транспортом будущего, ведь подобные средства передвижения не требуют стандартного горючего, а также намного меньше вредят окружающей среде. Что такое электромобиль и как он работаетВидео: Как работает электромобиль?Особенности устройства электромобиля Какое напряжение в электромобилеПреимущества и недостатки электромобилейУстройство и принцип работы электротележки var index=document.getElementsByClassName ('index-post');if (index.length>0) {var contents=index [0].getElementsByClassName ('contents');if (contents.length>0) {contents=contents [0]; if (localStorage.getItem ('hide-contents') === '1') {contents.className+=' hide-text'}}} Что такое электромобиль и как он работает Двигатель электрокара состоит из статора и ротора. Под влиянием магнитного поля, которое возникает в статоре, приводится в движение ротор, где проходит индукционный ток. После этого электрическая энергия, попадая на обмотку самого мотора, видоизменяется в энергию вращения. В последнее время сфера применения электрических двигателей значительно расширилась. Интересно, что использовать их можно как самостоятельно, так и вместе с ДВС (двигателями внутреннего сгорания). Авто, в котором соединены обе эти технологии (электро и ДВС), называют гибридным. Стоит отметить, что существует значительное различие между электрическими двигателями, используемыми на производствах, и теми, которые устанавливают непосредственно в электрокарах. В последнем случае они имеют значительно большую мощность. По новым разработкам учёные разделяют понятия электрокаров и других электрических устройств всё больше. Знаете ли вы? В начале 2018 года на дорогах мира насчитывалось уже более миллиона электрокаров. Со временем их количество будет только увеличиваться. Кроме того, к основным показателям электромобиля относят не только тип двигателя, но и мощность, крутящий момент, показатели напряжения, вращения и тока. Именно эти факторы определяют порядок обслуживания транспортного средства. Существуют различные виды двигателей для электрокаров, согласно чему их делят на группы. Видео: Как работает электромобиль? В зависимости от типа тока устройства могут быть: постоянного тока;переменного тока (синхронные или асинхронные);универсальные (могут переключаться с одной фазы на другую). Двигатели также можно классифицировать в зависимости от количества фаз: они могут быть одно-, двух— и трёхфазными. Неплохим примером трёхфазного образца называют Chevrolet Volt, который является универсальным «гибридом». Вторая модель — i-MiEV, чисто электрический вариант, также трёхфазный. Нередко при классификации электромобилей обращают внимание на щёточно-коллекторный узел. Ознакомьтесь подробнее: как устроены двигатели для электромобиля и принцип их работы. В зависимости от этого показателя авто может быть: бесколлекторным (замкнутая круговая система, в которую входят инвентор, извещатель и преобразователь);коллекторным (система с током постоянной частоты, где узел является одновременно и извещателем, и переключателем тока). Чаще всего в современных электрокарах используются моторы коллекторного типа, хотя не исключено внедрение бесколлекторного варианта. Примером последнего является известное авто «Sunrace» от корпорации GM. Двигатель весит всего 3,6 кг, а его коэффициент полезного действия достигает 92%. Не стоит забывать про систему «мотор-колесо», которая также нередко устанавливается на современных электромобилях. Главной особенностью электрокаров является наличие функции возобновления энергии торможения. Одним из популярных примеров авто, где установлена такая система, является спортивная машина Volage. Наибольшую популярность в современном мире имеют модели автомобилей с питанием от аккумулятора. Заряжать батарею необходимо регулярно, при этом в качестве источников зарядки могут выступать: генератор, внешние источники и даже рекуперация энергии торможения. При этом вариант генератора доступен только для гибридных авто. Знаете ли вы? В феврале 2018 года удалось впервые за всю мировую историю запустить электрокар в открытый космос. Это была ракета Falcon Heavy, на борту которой находился электрокар Tesla. Особенности устройства электромобиля Отличия между автомобилем с ДВС и электрокаром достаточно существенные: схема последнего значительно проще, уменьшено количество движущихся деталей. По этой причине электромобили часто называют безопасными средствами передвижения. Любой электрокар состоит из таких комплектующих: двигатель (электрический);батарея питания (её ёмкость может существенно отличаться, она напрямую зависит от мощности двигателя);инвертор;система электроники для управления авто;трансмиссия упрощённого вида;преобразователь. Питание двигателя происходит за счёт аккумулятора. В современных электрокарах преимущественно используются литий-ионные батареи. Они состоят из пары модулей с последовательным соединением. За счёт этого в конце получается напряжение величиной 300 В. Более новые модели могут иметь напряжение 700 В. В основном, это гоночные автомобили, например, Lola-Drayson. Важно! Чтобы авто работало без сбоев, необходимо правильно подбирать батарею для электрокара, учитывая при этом мощность самого двигателя (в современных моделях электромобилей она варьируется от 15 до 200 кВт). При этом крайне важно, что КПД электромобиля достигает 95%, в то время как у авто с привычным двигателем КПД на уровне 25%. Электромобиль имеет упрощённую трансмиссию. При этом преимущественное количество моделей электрокаров имеет редуктор одноступенчатого типа. Заряжать автомобиль можно даже от обычной бытовой электросети, что становится возможным благодаря строению зарядного устройства. Также электрокар имеет дополнительный аккумулятор на 12 В, основная цель которого — обеспечение работы таких опций машины: системы освещения;климат-контроля, а также системы обогрева;аудиосистемы;электроники. Электрокары имеют встроенную систему контроля и управления процессами, которая отвечает за напряжение и расходуемую энергию авто, за оценку заряда, выбор режима движения и т. д. В этой системе успешно объединены основные датчики, отображающие состояние систем авто (положение педалей тормоза и газа, уровень давления в тормозной системе). Анализ этих показателей помогает просто выбрать оптимальный режим для передвижения в текущих условиях. Сама панель приборов электрокара практически не отличается от аналогичной конструкции в авто с ДВС. Разница между средствами передвижения заключается главным образом не в оформлении авто, а в функционале, скорости хода, стоимости и мощности транспорта. Какое напряжение в электромобиле В аккумуляторах электрокаров, состоящих из большого количества цилиндрических или пакетных батареек, блок напряжения достигает примерно 250–300 В. Такой показатель является оптимальным: это значение является достаточным для двигателей небольшой мощности, а также не требует значительных расходов на преодоление сопротивления. Стоит отметить, что стандартные литиевые батарейки имеют показатель напряжения 4В, поэтому добиться цифры 400 В можно, соединив между собой последовательно 100 батареек. Интересно, что разные производители электромобилей используют разные же методы составления батареек. Компания Тесла применяет цилиндрические батарейки, соединённые между собой в виде блоков. Если один элемент перестанет работать, на функциональности авто это особенно не отразится, так как аккумулятор продолжит вырабатывать энергию. В то же время GM выпустили модель «Volt», где все ячейки соединены между собой последовательно, как лампочки на новогодней гирлянде. Если одно звено выйдет из строя, батарея откажет, то машина не заведётся. Проблемой таких батарей является высокая сложность обнаружения нерабочего элемента. Преимущества и недостатки электромобилей Большинство автолюбителей сделали свой выбор в пользу электрокаров из-за их высокой экономичности. Стоимость качественного бензина — это не всегда доступный показатель для большинства автомобилистов. Отдавать немалую часть бюджета на топливо нелогично, но электрокар позволяет платить исключительно за электроэнергию, которая тратится на подзарядку транспортного средства. Расходы уменьшаются в несколько раз. Приобретая электрокар, каждый водитель делает шаг навстречу чистой окружающей среде. В процессе работы двигатель такого авто не выбрасывает в нижние слои атмосферы вредные газы. За счёт этого не происходит усиление парникового эффекта и ухудшение экологической ситуации. Существует лишь один нюанс: как именно производится электроэнергия, используемая авто. Чтобы минимизировать негативное влияние на экосистему, стоит использовать в этих целях исключительно чистые источники энергии (лучше — возобновляемые). На сегодняшний день учёные ещё занимаются разработками, поэтому вредные вещества при производстве электроэнергии никуда не исчезли. Электрокары также являются оптимальным выбором для уменьшения фонового шума на улицах. Это становится возможно, потому что их двигатели обеспечивают тихий и более плавный разгон, чем у авто с ДВС. Главным козырем электромобилей является их повышенная безопасность по сравнению с моделями с двигателем внутреннего сгорания. Во время возможного ДТП у электрокара срабатывают подушки безопасности и сразу же отключается аккумулятор. Это приводит к остановке авто и снижает вероятность получения тяжёлых травм не только у пассажиров и водителя, но и у тех, кто находился в транспортном средстве, с которым произошло столкновение. Траты на содержание электромобиля значительно меньше. Такой двигатель не требует смазки, не нужно постоянно посещать станции технического обслуживания. Кроме того, себестоимость батарей в условиях массового производства значительно снизилась. Достоинств у таких автомобилей действительно много, но не избежать и некоторых недостатков. Только с учётом всех за и против можно принять решение о целесообразности покупки электрокара. Рекомендуем для прочтения: Лучшие бюджетные электромобили Рейтинг японских электромобилей по маркам и моделям 5 самых быстрых электромобилей в мире Как выбрать электромобиль и ТОП лучших электромобилей в России Первая проблема заключается в отдалённости станций подзарядки друг от друга. Если в Америке и Европе заправочные станции для электромобилей — это достаточно распространённое явление, проблем с подзарядкой у водителей просто не возникает. В России сеть станций по всей стране пока что остаётся лишь проектом, поэтому существует большой риск остаться с посаженным аккумулятором посреди трассы. Автомобили с электрическим двигателем не могут проходить без подзарядки неограниченное расстояние: в основном этот показатель колеблется в диапазоне от 150 до 240 км. В странах, где заправочные станции можно найти в каждом городке, это не проблема, но в РФ использовать электрокары для поездок на дальние дистанции крайне рискованно. Обещается, что эта проблема будет решена в ближайшие несколько лет. Уже сейчас некоторые модели способны проходить расстояние до 500 км без подзарядки аккумулятора. Модели электрокаров по не слишком высокой цене доступны среднестатистическому водителю и имеют достаточно длительное время зарядки (8–10 часов). В идеале электрокар нужно заряжать дома с вечера до утра, но если такая необходимость возникла в пути, то водителю и пассажирам нужно где-то провести всё это время. Отсутствие шума в электромобилях для иных водителей может превратиться из преимущества в большой недостаток. В некоторых случаях полностью бесшумная езда может спровоцировать возникновение аварийных ситуаций на дороге: например, на хорошей трассе водитель может потерять бдительность, а пешеход не услышит приближающееся авто. Небольшой проблемой являются также габариты электрокаров. Многие модели рассчитаны на двоих. Поездка семьёй в таком авто — это уже проблема. Но производители уже начали устранять этот недостаток, постепенно запуская в производство стандартные авто на 4-5 мест. Аккумулятор питания в электромобилях нужно время от времени заменять (как минимум, раз в 3–7 лет). Это создаёт дополнительные затраты на содержание авто. Устройство и принцип работы электротележки В комплектации стандартной электротележки выделяют часть, отвечающую за подъём и опускание груза, каркас из стали, отдел для аккумулятора, электродвигатель, ручку управления, гидросистему, которая регулирует подъём груза, и аппаратную часть. В некоторые входят встроенные зарядки. На сегодняшний день выбор электротележек достаточно широк. Выделяют следующие типы конструкций: поводковые устройства — предназначены для транспортации грузов, вес которых не превышает 3,5 т;устройства с отдельной платформой для оператора — предназначены для транспортировки грузов на большие дистанции;устройства, в которых сидение для оператора размещено сбоку: подходят для перевозки грузов, состоящих из большого количества палет (иногда выпускаются с кабиной закрытого типа, чтобы оператор мог работать в морозильных отделениях и складских помещениях). Если условия работы оператора тележки специфические, то производители предлагают остановить свой выбор на моделях с дополнительными функциями. Так, модель Jungheinrich имеет функцию изменения размеров траектории движения, что позволяет оператору работать на уклонах даже до 15%. Существует также вариант с вилами, которые поднимаются дополнительно на 54 см, благодаря чему можно использовать конструкцию в качестве рабочей поверхности или стола. Важно! Все модели на концах рукоятей имеют большую красную кнопку, которая является аварийным переключателем. Если рукоять упрётся концом в оператора, то техника выполнит рывок вперёд, чтобы избежать наезда на человека. Более подробное описание конструкции электротележки: Рама — это элемент общей конструкции, на которых приходятся максимальные весовые нагрузки. Именно поэтому крайне важно, чтобы рама была выполнена из металла высокого качества. Стоит отметить, что, в зависимости от грузоподъёмности электротележки, толщина рамочной конструкции может варьироваться. Это помогает сэкономить на металле в процессе конструирования, если тележка предусматривается только для использования на лёгких грузах. При расчёте этого параметра инженеры обращают внимание в первую очередь на устойчивость конструкции к изгибу и кручению. Колёса. При их изготовлении чаще всего используют полиуретан, благодаря чему повышается срок службы устройства, улучшается плавность хода и снижается уровень шума. Если электротележка будет использоваться в пищевой промышленности, то оптимальным вариантом станут нейлоновые колёса. Их плавность немного ниже из-за повышенной твёрдости материала, но такая конструкция максимально соответствует гигиеническим стандартам. При выборе материала колёс также стоит учитывать, не будут ли перевозиться на электротележке электрические компоненты: в таком случае предпочтение стоит отдать варианту с антистатическими характеристиками. Система торможения. В этом плане у разных производителей разные подходы к воплощению основных принципов. На недорогих тележках преимущественно устанавливаются механические тормоза (они также могут полностью отсутствовать). Популярные производители используют электромагнитные тормозные системы в своих конструкциях. Они являются высокоэффективными и очень надёжными. В больших электротележках (погрузчики или ричтраки) такие тормоза дополнительно помогают рекуперировать энергию торможения. Электродвигатель: практически на всех моделях используется технология трёхфазного переменного тока. Производительность стремительно увеличивается в несколько раз (благодаря улучшенной скорости передвижения, ускорению и режиму экономии аккумулятора). Аккумуляторная батарея. Так как можно выбирать модель с подходящим зарядом батареи, появляется возможность сэкономить внушительную сумму при покупке складской техники. В основном ёмкость батареи варьируется в диапазоне от 130 Ah (если электротележка приобретается для транспортировки лёгких грузов) до 375 Ah (при необходимости выполнения интенсивных работ). Существуют также модели с ёмкостью аккумулятора до 1000 Ah, но это в основном большие промышленные электропогрузчики. Элементы управления. Очень важно, чтобы все переключатели и рычаги были выполнены из высококачественных материалов, а также грамотно установлены для исключения неполадок в управлении. В большинстве конструкций сама рукоятка зафиксирована в верхней части корпуса в небольшом углублении. Основные переключатели, регулирующие траекторию движения, находятся под большими пальцами оператора с обеих сторон от рычага. Остальные кнопки размещены в произвольном порядке (в зависимости от компании-производителя). 1 — рулевое управление; 2 — сиденье; 3 — грузовая платформа; 4 — шасси; 5 — ведущий мост; 6 — тяговый электродвигатель; 7 — электрооборудование; 8 — ведущие колеса; 9 — управляемый мост; 11 — тормозная система; 12 — система управления. Очень важно, чтобы все функциональные элементы электротележки были защищены от влияния внешних факторов. К таким составляющим частям относят гидросистему, аккумулятор и электронику. Для покрытия чаще всего используются пластиковые или стальные конструкции (иногда встречаются комбинированные). При выборе тележки стоит уделить особое внимание тому, насколько плотно и прочно защищена батарея, ведь при столкновении тележки с препятствием эта часть — самое уязвимое место. К выбору электромобиля стоит подходить достаточно серьёзно, чтобы учесть все важные аспекты: параметры электрооборудования, комплектующие, мощность и ёмкость аккумулятора. На первый взгляд кажется, что любой вид электрокара — удовольствие не из дешёвых, но его приобретение окупается достаточно быстро.В мире автотехники электрокары явление уже не новое, но всё ещё неустоявшееся. Учёные постоянно работают над концепцией усовершенствования электромобилей, чтобы расширить и упростить их функционал. Современные модели называют идеальным транспортом будущего, ведь подобные средства передвижения не требуют стандартного горючего, а также намного меньше вредят окружающей среде. Что такое электромобиль и как он работаетВидео: Как работает электромобиль?Особенности устройства электромобиля Какое напряжение в электромобилеПреимущества и недостатки электромобилейУстройство и принцип работы электротележки var index=document.getElementsByClassName ('index-post');if (index.length>0) {var contents=index [0].getElementsByClassName ('contents');if (contents.length>0) {contents=contents [0]; if (localStorage.getItem ('hide-contents') === '1') {contents.className+=' hide-text'}}} Что такое электромобиль и как он работает Двигатель электрокара состоит из статора и ротора. Под влиянием магнитного поля, которое возникает в статоре, приводится в движение ротор, где проходит индукционный ток. После этого электрическая энергия, попадая на обмотку самого мотора, видоизменяется в энергию вращения. В последнее время сфера применения электрических двигателей значительно расширилась. Интересно, что использовать их можно как самостоятельно, так и вместе с ДВС (двигателями внутреннего сгорания). Авто, в котором соединены обе эти технологии (электро и ДВС), называют гибридным. Стоит отметить, что существует значительное различие между электрическими двигателями, используемыми на производствах, и теми, которые устанавливают непосредственно в электрокарах. В последнем случае они имеют значительно большую мощность. По новым разработкам учёные разделяют понятия электрокаров и других электрических устройств всё больше. Знаете ли вы? В начале 2018 года на дорогах мира насчитывалось уже более миллиона электрокаров. Со временем их количество будет только увеличиваться. Кроме того, к основным показателям электромобиля относят не только тип двигателя, но и мощность, крутящий момент, показатели напряжения, вращения и тока. Именно эти факторы определяют порядок обслуживания транспортного средства. Существуют различные виды двигателей для электрокаров, согласно чему их делят на группы. Видео: Как работает электромобиль? В зависимости от типа тока устройства могут быть: постоянного тока;переменного тока (синхронные или асинхронные);универсальные (могут переключаться с одной фазы на другую). Двигатели также можно классифицировать в зависимости от количества фаз: они могут быть одно-, двух— и трёхфазными. Неплохим примером трёхфазного образца называют Chevrolet Volt, который является универсальным «гибридом». Вторая модель — i-MiEV, чисто электрический вариант, также трёхфазный. Нередко при классификации электромобилей обращают внимание на щёточно-коллекторный узел. Ознакомьтесь подробнее: как устроены двигатели для электромобиля и принцип их работы. В зависимости от этого показателя авто может быть: бесколлекторным (замкнутая круговая система, в которую входят инвентор, извещатель и преобразователь);коллекторным (система с током постоянной частоты, где узел является одновременно и извещателем, и переключателем тока). Чаще всего в современных электрокарах используются моторы коллекторного типа, хотя не исключено внедрение бесколлекторного варианта. Примером последнего является известное авто «Sunrace» от корпорации GM. Двигатель весит всего 3,6 кг, а его коэффициент полезного действия достигает 92%. Не стоит забывать про систему «мотор-колесо», которая также нередко устанавливается на современных электромобилях. Главной особенностью электрокаров является наличие функции возобновления энергии торможения. Одним из популярных примеров авто, где установлена такая система, является спортивная машина Volage. Наибольшую популярность в современном мире имеют модели автомобилей с питанием от аккумулятора. Заряжать батарею необходимо регулярно, при этом в качестве источников зарядки могут выступать: генератор, внешние источники и даже рекуперация энергии торможения. При этом вариант генератора доступен только для гибридных авто. Знаете ли вы? В феврале 2018 года удалось впервые за всю мировую историю запустить электрокар в открытый космос. Это была ракета Falcon Heavy, на борту которой находился электрокар Tesla. Особенности устройства электромобиля Отличия между автомобилем с ДВС и электрокаром достаточно существенные: схема последнего значительно проще, уменьшено количество движущихся деталей. По этой причине электромобили часто называют безопасными средствами передвижения. Любой электрокар состоит из таких комплектующих: двигатель (электрический);батарея питания (её ёмкость может существенно отличаться, она напрямую зависит от мощности двигателя);инвертор;система электроники для управления авто;трансмиссия упрощённого вида;преобразователь. Питание двигателя происходит за счёт аккумулятора. В современных электрокарах преимущественно используются литий-ионные батареи. Они состоят из пары модулей с последовательным соединением. За счёт этого в конце получается напряжение величиной 300 В. Более новые модели могут иметь напряжение 700 В. В основном, это гоночные автомобили, например, Lola-Drayson. Важно! Чтобы авто работало без сбоев, необходимо правильно подбирать батарею для электрокара, учитывая при этом мощность самого двигателя (в современных моделях электромобилей она варьируется от 15 до 200 кВт). При этом крайне важно, что КПД электромобиля достигает 95%, в то время как у авто с привычным двигателем КПД на уровне 25%. Электромобиль имеет упрощённую трансмиссию. При этом преимущественное количество моделей электрокаров имеет редуктор одноступенчатого типа. Заряжать автомобиль можно даже от обычной бытовой электросети, что становится возможным благодаря строению зарядного устройства. Также электрокар имеет дополнительный аккумулятор на 12 В, основная цель которого — обеспечение работы таких опций машины: системы освещения;климат-контроля, а также системы обогрева;аудиосистемы;электроники. Электрокары имеют встроенную систему контроля и управления процессами, которая отвечает за напряжение и расходуемую энергию авто, за оценку заряда, выбор режима движения и т. д. В этой системе успешно объединены основные датчики, отображающие состояние систем авто (положение педалей тормоза и газа, уровень давления в тормозной системе). Анализ этих показателей помогает просто выбрать оптимальный режим для передвижения в текущих условиях. Сама панель приборов электрокара практически не отличается от аналогичной конструкции в авто с ДВС. Разница между средствами передвижения заключается главным образом не в оформлении авто, а в функционале, скорости хода, стоимости и мощности транспорта. Какое напряжение в электромобиле В аккумуляторах электрокаров, состоящих из большого количества цилиндрических или пакетных батареек, блок напряжения достигает примерно 250–300 В. Такой показатель является оптимальным: это значение является достаточным для двигателей небольшой мощности, а также не требует значительных расходов на преодоление сопротивления. Стоит отметить, что стандартные литиевые батарейки имеют показатель напряжения 4В, поэтому добиться цифры 400 В можно, соединив между собой последовательно 100 батареек. Интересно, что разные производители электромобилей используют разные же методы составления батареек. Компания Тесла применяет цилиндрические батарейки, соединённые между собой в виде блоков. Если один элемент перестанет работать, на функциональности авто это особенно не отразится, так как аккумулятор продолжит вырабатывать энергию. В то же время GM выпустили модель «Volt», где все ячейки соединены между собой последовательно, как лампочки на новогодней гирлянде. Если одно звено выйдет из строя, батарея откажет, то машина не заведётся. Проблемой таких батарей является высокая сложность обнаружения нерабочего элемента. Преимущества и недостатки электромобилей Большинство автолюбителей сделали свой выбор в пользу электрокаров из-за их высокой экономичности. Стоимость качественного бензина — это не всегда доступный показатель для большинства автомобилистов. Отдавать немалую часть бюджета на топливо нелогично, но электрокар позволяет платить исключительно за электроэнергию, которая тратится на подзарядку транспортного средства. Расходы уменьшаются в несколько раз. Приобретая электрокар, каждый водитель делает шаг навстречу чистой окружающей среде. В процессе работы двигатель такого авто не выбрасывает в нижние слои атмосферы вредные газы. За счёт этого не происходит усиление парникового эффекта и ухудшение экологической ситуации. Существует лишь один нюанс: как именно производится электроэнергия, используемая авто. Чтобы минимизировать негативное влияние на экосистему, стоит использовать в этих целях исключительно чистые источники энергии (лучше — возобновляемые). На сегодняшний день учёные ещё занимаются разработками, поэтому вредные вещества при производстве электроэнергии никуда не исчезли. Электрокары также являются оптимальным выбором для уменьшения фонового шума на улицах. Это становится возможно, потому что их двигатели обеспечивают тихий и более плавный разгон, чем у авто с ДВС. Главным козырем электромобилей является их повышенная безопасность по сравнению с моделями с двигателем внутреннего сгорания. Во время возможного ДТП у электрокара срабатывают подушки безопасности и сразу же отключается аккумулятор. Это приводит к остановке авто и снижает вероятность получения тяжёлых травм не только у пассажиров и водителя, но и у тех, кто находился в транспортном средстве, с которым произошло столкновение. Траты на содержание электромобиля значительно меньше. Такой двигатель не требует смазки, не нужно постоянно посещать станции технического обслуживания. Кроме того, себестоимость батарей в условиях массового производства значительно снизилась. Достоинств у таких автомобилей действительно много, но не избежать и некоторых недостатков. Только с учётом всех за и против можно принять решение о целесообразности покупки электрокара. Рекомендуем для прочтения: Лучшие бюджетные электромобили Рейтинг японских электромобилей по маркам и моделям 5 самых быстрых электромобилей в мире Как выбрать электромобиль и ТОП лучших электромобилей в России Первая проблема заключается в отдалённости станций подзарядки друг от друга. Если в Америке и Европе заправочные станции для электромобилей — это достаточно распространённое явление, проблем с подзарядкой у водителей просто не возникает. В России сеть станций по всей стране пока что остаётся лишь проектом, поэтому существует большой риск остаться с посаженным аккумулятором посреди трассы. Автомобили с электрическим двигателем не могут проходить без подзарядки неограниченное расстояние: в основном этот показатель колеблется в диапазоне от 150 до 240 км. В странах, где заправочные станции можно найти в каждом городке, это не проблема, но в РФ использовать электрокары для поездок на дальние дистанции крайне рискованно. Обещается, что эта проблема будет решена в ближайшие несколько лет. Уже сейчас некоторые модели способны проходить расстояние до 500 км без подзарядки аккумулятора. Модели электрокаров по не слишком высокой цене доступны среднестатистическому водителю и имеют достаточно длительное время зарядки (8–10 часов). В идеале электрокар нужно заряжать дома с вечера до утра, но если такая необходимость возникла в пути, то водителю и пассажирам нужно где-то провести всё это время. Отсутствие шума в электромобилях для иных водителей может превратиться из преимущества в большой недостаток. В некоторых случаях полностью бесшумная езда может спровоцировать возникновение аварийных ситуаций на дороге: например, на хорошей трассе водитель может потерять бдительность, а пешеход не услышит приближающееся авто. Небольшой проблемой являются также габариты электрокаров. Многие модели рассчитаны на двоих. Поездка семьёй в таком авто — это уже проблема. Но производители уже начали устранять этот недостаток, постепенно запуская в производство стандартные авто на 4-5 мест. Аккумулятор питания в электромобилях нужно время от времени заменять (как минимум, раз в 3–7 лет). Это создаёт дополнительные затраты на содержание авто. Устройство и принцип работы электротележки В комплектации стандартной электротележки выделяют часть, отвечающую за подъём и опускание груза, каркас из стали, отдел для аккумулятора, электродвигатель, ручку управления, гидросистему, которая регулирует подъём груза, и аппаратную часть. В некоторые входят встроенные зарядки. На сегодняшний день выбор электротележек достаточно широк. Выделяют следующие типы конструкций: поводковые устройства — предназначены для транспортации грузов, вес которых не превышает 3,5 т;устройства с отдельной платформой для оператора — предназначены для транспортировки грузов на большие дистанции;устройства, в которых сидение для оператора размещено сбоку: подходят для перевозки грузов, состоящих из большого количества палет (иногда выпускаются с кабиной закрытого типа, чтобы оператор мог работать в морозильных отделениях и складских помещениях). Если условия работы оператора тележки специфические, то производители предлагают остановить свой выбор на моделях с дополнительными функциями. Так, модель Jungheinrich имеет функцию изменения размеров траектории движения, что позволяет оператору работать на уклонах даже до 15%. Существует также вариант с вилами, которые поднимаются дополнительно на 54 см, благодаря чему можно использовать конструкцию в качестве рабочей поверхности или стола. Важно! Все модели на концах рукоятей имеют большую красную кнопку, которая является аварийным переключателем. Если рукоять упрётся концом в оператора, то техника выполнит рывок вперёд, чтобы избежать наезда на человека. Более подробное описание конструкции электротележки: Рама — это элемент общей конструкции, на которых приходятся максимальные весовые нагрузки. Именно поэтому крайне важно, чтобы рама была выполнена из металла высокого качества. Стоит отметить, что, в зависимости от грузоподъёмности электротележки, толщина рамочной конструкции может варьироваться. Это помогает сэкономить на металле в процессе конструирования, если тележка предусматривается только для использования на лёгких грузах. При расчёте этого параметра инженеры обращают внимание в первую очередь на устойчивость конструкции к изгибу и кручению. Колёса. При их изготовлении чаще всего используют полиуретан, благодаря чему повышается срок службы устройства, улучшается плавность хода и снижается уровень шума. Если электротележка будет использоваться в пищевой промышленности, то оптимальным вариантом станут нейлоновые колёса. Их плавность немного ниже из-за повышенной твёрдости материала, но такая конструкция максимально соответствует гигиеническим стандартам. При выборе материала колёс также стоит учитывать, не будут ли перевозиться на электротележке электрические компоненты: в таком случае предпочтение стоит отдать варианту с антистатическими характеристиками. Система торможения. В этом плане у разных производителей разные подходы к воплощению основных принципов. На недорогих тележках преимущественно устанавливаются механические тормоза (они также могут полностью отсутствовать). Популярные производители используют электромагнитные тормозные системы в своих конструкциях. Они являются высокоэффективными и очень надёжными. В больших электротележках (погрузчики или ричтраки) такие тормоза дополнительно помогают рекуперировать энергию торможения. Электродвигатель: практически на всех моделях используется технология трёхфазного переменного тока. Производительность стремительно увеличивается в несколько раз (благодаря улучшенной скорости передвижения, ускорению и режиму экономии аккумулятора). Аккумуляторная батарея. Так как можно выбирать модель с подходящим зарядом батареи, появляется возможность сэкономить внушительную сумму при покупке складской техники. В основном ёмкость батареи варьируется в диапазоне от 130 Ah (если электротележка приобретается для транспортировки лёгких грузов) до 375 Ah (при необходимости выполнения интенсивных работ). Существуют также модели с ёмкостью аккумулятора до 1000 Ah, но это в основном большие промышленные электропогрузчики. Элементы управления. Очень важно, чтобы все переключатели и рычаги были выполнены из высококачественных материалов, а также грамотно установлены для исключения неполадок в управлении. В большинстве конструкций сама рукоятка зафиксирована в верхней части корпуса в небольшом углублении. Основные переключатели, регулирующие траекторию движения, находятся под большими пальцами оператора с обеих сторон от рычага. Остальные кнопки размещены в произвольном порядке (в зависимости от компании-производителя). 1 — рулевое управление; 2 — сиденье; 3 — грузовая платформа; 4 — шасси; 5 — ведущий мост; 6 — тяговый электродвигатель; 7 — электрооборудование; 8 — ведущие колеса; 9 — управляемый мост; 11 — тормозная система; 12 — система управления. Очень важно, чтобы все функциональные элементы электротележки были защищены от влияния внешних факторов. К таким составляющим частям относят гидросистему, аккумулятор и электронику. Для покрытия чаще всего используются пластиковые или стальные конструкции (иногда встречаются комбинированные). При выборе тележки стоит уделить особое внимание тому, насколько плотно и прочно защищена батарея, ведь при столкновении тележки с препятствием эта часть — самое уязвимое место. К выбору электромобиля стоит подходить достаточно серьёзно, чтобы учесть все важные аспекты: параметры электрооборудования, комплектующие, мощность и ёмкость аккумулятора. На первый взгляд кажется, что любой вид электрокара — удовольствие не из дешёвых, но его приобретение окупается достаточно быстро.

Устройство автомобилей

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 40 - изображение 40



Принцип работы свинцового аккумулятора

Источником электроэнергии на автомобиле при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе является аккумуляторная батарея. В настоящее время на автомобилях наиболее широко применяются свинцовые аккумуляторные батареи, состоящие из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. Применение кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток силой в несколько сотен ампер, что необходимо для питания стартера при пуске двигателя.

Свинцовый аккумулятор электрической энергии был изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. В последующие годы конструкция аккумулятора, особенно – химический состав его электродов (пластин) постоянно совершенствовалась. В настоящее время свинцовые аккумуляторы и аккумуляторные батареи широко применяются в разных областях техники в качестве накопителей электроэнергии (стартерные батареи, аварийные и резервные источники энергии и т. п.).

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 41 - изображение 41

Конструктивно аккумулятор представляет собой емкость, наполненную электролитом, в которой размещены свинцовые электроды. В качестве электролита используется раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, а вторая – из диоксида свинца PbO2. При взаимодействии электродов с электролитом между ними возникает разность потенциалов.

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.

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на положительном электроде (аноде) и окисление свинца на отрицательном электроде (катоде). При пропускании через электроды аккумулятора зарядного тока в нем протекают обратные реакции. При перезаряде аккумулятора, после исчерпания сульфата свинца начинается электролиз воды, при этом на аноде выделяется кислород, а на катоде - водород.

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

Реакции на аноде:

PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- ↔ PbSO4 + 2H2O;

Реакции на катоде:

Pb + SO42- - 2e- ↔ PbSO4.

Физические процессы, происходящие в аккумуляторе, объясняются свойством электролитического растворения металлов, которое заключается в переходе положительно заряженных ионов металла в раствор. Легкоокисляющиеся металлы (например, свинец) обладают этим свойством в большей степени, чем инертные металлы.При погружении свинцового электрода в раствор электролита от него начнут отделяться положительно заряженные ионы свинца и переходить в раствор, при этом сам электрод будет заряжаться отрицательно.

По мере протекания процесса растет разность потенциалов раствора и электрода, и переход положительных ионов в раствор будет замедляться.При какой-то определенной разности потенциалов электрода и раствора наступит равновесие между силой электролитической упругости растворения свинца, с одной стороны, и силами электростатического поля и осмотического давления - с другой.В результате переход ионов свинца в электролит прекратится.

При погружении электрода, изготовленного из двуокиси свинца, в раствор серной кислоты наблюдается такой же процесс, но результат получается иной. Двуокись свинца в ограниченном количестве переходит в раствор, где при соединении с водой ионизируется на четырехвалентные ионы свинца Рв4+ и одновалентные ионы гидроксила ОН.Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на электроде, создают положительный потенциал относительно раствора. Серная кислота образует в воде практически только на ионы НO+ и HSO4.Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота, образуется вода, а на обоих электродах - сульфат свинца. При заряде процессы протекают в обратном направлении.

При подключении потребителей в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы сернокислотного остатка SO4 соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbSO4, а ионы водорода соединяются с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды.В результате электроды покрываются сернокислым свинцом, а серная кислота разбавляется водой, т. е. при разряде аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно судить о степени заряженности аккумуляторной батареи.

При прохождении электрического (зарядного) тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с сернокислым свинцом электродов.Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца.В результате этих процессов содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, что приводит к повышению плотности электролита.



По завершению процессов восстановления свинца на электродах заряд аккумулятора прекращается. При дальнейшем прохождении электрического тока через электролит начинается процесс электролиза (разложения) воды, при этом аккумулятор «закипает», и выделяющиеся пузырьки образуют смесь водорода и кислорода. Смесь этих газов является взрывоопасной, поэтому следует избегать перезаряда до появления электролизных явлений по разложению воды.

Кроме того, длительный перезаряд приводит к потере электролитом воды (испарению), в результате чего его плотность повышается и для корректировки требуется доливка дистиллированной воды.При доливке воды необходимо помнить, что вода, попадающая в концентрированную серную кислоту, закипает и сильно разбрызгивает кислотные капли, что при попадании на открытое тело или одежду может привести к ожогам кожи, слизистых оболочек, прожигу одежды и другим неприятным последствиям.

При постоянном напряжении источника зарядного тока по мере увеличения степени заряженности аккумулятора повышается его ЭДС и, следовательно, уменьшается сила зарядного тока. Когда напряжение на клеммах источника тока будет равно ЭДС полностью заряженного аккумулятора плюс ЭДС поляризации, зарядный ток прекратится.

Среднее значение напряжения аккумулятора – 2 В. Поскольку электрооборудование современных автомобилей рассчитано для работы при напряжении в бортовой сети 12 или 24 В, аккумуляторы соединяют в батареи (по 6 или 12 шт.).

Важным параметром аккумулятора является его емкость, т. е. количество электрической энергии, которую способен отдать аккумулятор. Емкость – это произведение силы разрядного тока на продолжительность разрядки до предельно допустимого разряженного состояния. Измеряется емкость аккумулятора в ампер-часах (А×ч). Емкость аккумулятора зависит, в первую очередь, от активной площади его электродов.Поэтому повышения емкости можно достичь увеличением поверхности электродов, что достигается использованием нескольких параллельно соединенных между собой пластин, а также применением пористого материала для их изготовления, что позволяет использовать в качестве активной массы не только поверхность, но и внутренний объем пластин.

Емкость аккумулятора не постоянна, она зависит от силы разрядного тока, температуры электролита и состояния активной поверхности пластин. При увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумулятора уменьшается, что объясняется неполным протеканием электрохимических реакций разрядки в этих условиях, вследствие сокращения времени разрядки и повышения вязкости электролита при низких температурах.

***

Устройство аккумуляторной батареи и ее маркировка



Главная страница
  • Страничка абитуриента
Специальности
  • Ветеринария
  • Механизация сельского хозяйства
  • Коммерция
  • Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта
Учебные дисциплины
  • Инженерная графика
  • МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
  •    Карта раздела
  •       Общее устройство автомобиля
  •       Автомобильный двигатель
  •       Трансмиссия автомобиля
  •       Рулевое управление
  •       Тормозная система
  •       Подвеска
  •       Колеса
  •       Кузов
  •       Электрооборудование автомобиля
  •       Основы теории автомобиля
  •       Основы технической диагностики
  • Основы гидравлики и теплотехники
  • Метрология и стандартизация
  • Сельскохозяйственные машины
  • Основы агрономии
  • Перевозка опасных грузов
  • Материаловедение
  • Менеджмент
  • Техническая механика
  • Советы дипломнику
Олимпиады и тесты
  • «Инженерная графика»
  • «Техническая механика»
  • «Двигатель и его системы»
  • «Шасси автомобиля»
  • «Электрооборудование автомобиля»

Аккумуляторы и принцип их работы (стр. 1 из 2)

Принцип работы аккумуляторной батареи - фотография 42 - изображение 42

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Актюбинский государственный университет им. К. Жубанова

Факультет: технический.

Специальность: металлургия.

Реферат.

По дисциплине: Физическая химия.

На тему: Аккумуляторы и принцип их работы.

Выполнил: студент Тихонов Тимур

Проверил(а):Байманова

Актобе 2010.

Содержание

1. Свинцово-кислотный аккумулятор

2.Принцип действия

3. Устройство

4. Физические характеристики

5. Эксплуатационные характеристики

6. Эксплуатация

7. Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах

8. Хранение

9. Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

10. Электри́ческий аккумуля́тор

11. Принцип действия

12. Никель-ка́дмиевый аккумуля́тор

13. Параметры

14. Области применения

Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источники электроэнергии.

Принцип действия

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода — на отрицательном.

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

· Катод:

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 43 - изображение 43

· Анод:

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 44 - изображение 44

В итоге получается, что при разрядке аккумулятора расходуется серная кислота с одновременным образованием воды (и плотность электролита падает), а при зарядке, наоборот, вода «расходуется» на образование серной кислоты (плотность электролита растет). В конце зарядки, при некоторых критических значениях концентрации сульфата свинца у электродов, начинает преобладать процесс электролиза воды. При этом на катоде выделяется водород, на аноде — кислород. При зарядке не стоит допускать электролиза воды, в противном случае необходимо ее долить.

Устройство

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 45 - изображение 45

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из положительных и отрицательных электродов, сепараторов (разделительных решеток) и электролита. Положительные электроды представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является перекись свинца (PbO2 ). Отрицательные электроды также представляют собой свинцовую решётку, а активным веществом является губчатый свинец (Pb). На практике в свинец решёток добавляют сурьму в количестве 1-2 % для повышения прочности. Сейчас в качестве легирующего компонента используются соли кальция, в обеих пластинах, или только в положительных (гибридная технология). Электроды погружены в электролит, состоящий из разбавленной серной кислоты (H2 SO4 ). Наибольшая проводимость этого раствора при комнатной температуре (что означает наименьшее внутреннее сопротивление и наименьшие внутренние потери) достигается при его плотности 1,26 г/см³. Однако на практике, часто в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29 −1,31 г/см³. (Это делается потому, что при разряде свинцово-кислотного аккумулятора плотность электролита падает, и температура его замерзания, т.о, становится выше, разряженный аккумулятор может не выдержать холода.)

В новых версиях свинцовые пластины (решетки) заменяют вспененным карбоном, покрытым тонкой свинцовой пленкой, а жидкий электролит может быть желирован силикагелем до пастообразного состояния. Используя меньшее количество свинца и распределив его по большой площади, батарею удалось сделать не только компактной и легкой, но и значительно более эффективной - помимо большего КПД, она заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов. [1]

Физические характеристики

· Теоретическая энергоемкость: около 133 Вт·ч/кг.

· Удельная энергоемкость (Вт·ч/кг): 30-60 Вт·ч/кг .

· Удельная энергоплотность (Вт·ч/дм³): около 1250 Вт·ч/дм³.

· ЭДС заряженного аккумулятора = 2,11 В, рабочее напряжение = 2,1 В (6 секций в итоге дают 12,7 В).

· Напряжение полностью разряженного аккумулятора = 1,75 — 1,8 В (из расчета на 1 секцию). Ниже разряжать их нельзя.

· Рабочая температура: от минус 40 до плюс 40

· КПД: порядка 80-90%

Напряжение ~ Заряд
12.70 V 100 %
12.46 V 80 %
12.24 V 55 %
12.00 V 25 %
11.90 V 0 %

Эксплуатационные характеристики

· Номинальная ёмкость , показывает количество электричества, которое может отдать данный аккумулятор. Обычно указывается в ампер-часах, и измеряется при разряде малым током (1/20 номинальной емкости, выраженной в а/ч).

· Стартерный ток (для автомобильных). Характеризует способности отдавать сильные токи при низких температурах. В большинстве случаев замеряется при -18°С (0°F) в течение 30 секунд. Различные методики замера отличаются, главным образом, допускаемым конечным напряжением.

· Резервная емкость (для автомобильных). Характеризует время, в течение которого аккумулятор может отдавать ток 25А. Обычно составляет порядка 100 минут.

Эксплуатация

Принцип работы аккумуляторной батареи - изображение 46 - изображение 46

Ареометр может быть использован для проверки удельного веса электролита каждой секции

При эксплуатации «обслуживаемых» аккумуляторов (с открываемыми крышками над банками) на автомобиле при движении по неровностям неизбежно происходит просачивание проводящего электролита на корпус акуумулятора. Во избежание сильного саморазряда необходимо периодически нейтрализовывать электролит протиранием корпуса, например слабым раствором пищевой соды. Кроме того, особенно в жаркую погоду, происходит испарение воды из электролита, что увеличивает его плотность и может оголить свинцовые пластины. Поэтому необходимо следить за уровнем электролита и своевременно доливать дистиллированную воду.

Такие нехитрые операции вместе с проверкой автомобиля на утечку тока и периодической подзарядкой аккумулятора могут на несколько лет продлить срок эксплуатации батареи.

Свинцово-кислотный аккумулятор при низких температурах

По мере снижения окружающей температуры, параметры аккумулятора ухудшаются, однако в отличие от прочих типов аккумуляторов, свинцово-кислотные снижают их относительно медленно, что не в последнюю очередь обусловило их широкое применение на транспорте. Очень приблизительно можно считать, что емкость снижается вдвое при снижении окружающей температуры на каждые 15°С начиная от +10°С, то есть, при температуре -45°С свинцово-кислотный аккумулятор способен отдать лишь несколько процентов первоначальной емкости. Снижение емкости и токоотдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, ростом вязкости электролита, который уже не может в полном объеме поступать к электродам, и вступает в реакцию лишь в непосредственной близости от них, быстро истощаясь. Еще быстрее снижаются зарядные параметры. Фактически, начиная с, примерно -15°С, заряд свинцово-кислотного аккумулятора почти прекращается, что приводит к быстрой прогрессирующей разрядке аккумуляторов при эксплуатации в режиме коротких частых поездок (так называемый, "режим доктора"). В этих поездках аккумулятор практически не заряжается, его необходимо регулярно заряжать внешним зарядным устройством. Считается, что не полностью заряженный аккумулятор в мороз может растрескаться из-за замерзания электролита. Однако раствор серной кислоты в воде замерзает совсем не так, как чистая вода - он постепенно густеет, плавно переходя в твердую форму. Такой режим замерзания вряд ли способен вызвать разрыв стенок незамкнутого сосуда (а банка аккумулятора - незамкнутый объем). Электролит, в массовой литературе называемый "замерзшим" фактически еще можно перемешивать. Растрескивание стенок аккумулятора при морозах действительно бывает, но в основном является следствием изменения свойств применяемого для стенок материала, а не расширением электролита при замерзании.

Хранение

Свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо хранить только в заряженном состоянии. При температуре ниже −20 °C заряд аккумуляторов должен проводиться постоянным напряжением 2,275 В/секцию, 1 раз в год, в течение 48 часов. При комнатной температуре — 1 раз в 8 месяцев постоянным напряжением 2,35 В/секцию в течение 6-12 часов. Хранение аккумуляторов при температуре выше 30 °C не рекомендуется.

Слой грязи и накипи на поверхности аккумулятора создает проводник для тока от одного контакта к другому и приводит к саморазряду аккумулятора, после чего начинается преждевременная сульфатизация пластин и поэтому поверхность аккумулятора необходимо поддерживать в чистоте (то есть его надо мыть перед хранением) 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 (лечебные) циклы, то есть разряд-заряд токами номинальной величины.[2]

Износ свинцово-кислотных аккумуляторов

При использовании технической серной кислоты и недистиллированной воды ускоряются саморазрядка, сульфатация, разрушение пластин и уменьшение емкости аккумуляторной батареи.

Аккумулятор: описание,назначение,устройство,признаки и причины неисправностей,фото .

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 47 - изображение 47

Автомобильная аккумуляторная батарея предназначена для электроснабжения стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания и других потребителей электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности. Работая параллельно с генераторной установкой, батарея устраняет перегрузки генератора и возможные перенапряжения в системе электрооборудования в случае нарушения регулировки или при выходе из строя регулятора напряжения, сглаживает пульсации напряжения генератора, а также обеспечивает питание всех потребителей в случае отказа генератора и возможность дальнейшего движения автомобиля за счет резервной емкости. Наиболее мощным потребителем энергии аккумуляторной батареи является электростартер.

В зависимости от мощности стартера и условий пуска двигателя сила тока стартерного режима разряда может достигать нескольких сотен и даже тысяч ампер. Сила тока стартерного режима разряда резко возрастает при эксплуатации автомобилей в зимний период (пуск холодного двигателя). Батарея на автомобиле входит в состав не только системы электростартерного пуска, но и других систем электрического и электронного оборудования. После разряда на пуск двигателя, и питание других потребителей батарея подзаряжается от генераторной установки. Частое чередование режимов разряда и заряда (циклирование) — одна из характерных особенностей работы батарей на автомобилях.

При большом разнообразии выпускаемых моделей автомобилей и климатических условий их эксплуатации, в массовом производстве батарей наряду с определением оптимальных экономических параметров должное внимание уделяется их унификации, повышению надежности и сроков службы. Надежность и срок службы аккумуляторных батарей находятся в прямой зависимости от технического уровня их конструкций и условий работы на автомобиле. Обычно аккумуляторные батареи на автомобилях после пуска двигателя работают в режиме подзаряда и сконструированы таким образом, чтобы развивать достаточную мощность в кратковременном стартерном режиме разряда при низких температурах. Однако на некоторых видах автомобилей, где установлено электро- и радиооборудование повышенного энергопотребления, аккумуляторные батареи могут подвергаться длительным разрядам токами большой силы.

Принцип работы аккумуляторной батареи - фотография 48 - изображение 48

Батареи на таких автомобилях должны быть устойчивы к глубоким разрядам. Условия, в которых работает аккумуляторная батарея, зависят от типа, назначения, климатической зоны эксплуатации автомобиля, а также от места установки ее на автомобиле. Режимы работы аккумуляторной батареи на автомобиле определяются температурой электролита, уровнем вибрации и тряски, периодичностью, объемом и качеством технического обслуживания, параметрами стартерного разряда, силой токов и продолжительностью разряда и заряда при циклировании, уровнем надежности и исправности электрооборудования, продолжительностью работы и перерывов в эксплуатации. Наибольшее влияние на работу аккумуляторных батарей оказывают место размещения и способ крепления батарей на автомобиле, интенсивность и регулярность эксплуатации автомобиля (среднесуточный пробег), температурные условия эксплуатации (климатический район, время года и суток), назначение автомобиля, соответствие характеристик генераторной установки, аккумуляторной батареи и потребителей электроэнергии.

Признаки и причины неисправности аккумуляторной батареи

Производственные дефекты

Разрушение электрода от короткого замыкания в результате повреждения сепаратора при сборке.

Низкие сепараторы-конверты, приводящие к короткому замыканию.

 

Не полностью формированная активная масса электрода.

Электрод без осыпавшейся активной массы

Дефект Признаки Возможная причина
Разрыв электрической цепи внутри АКБ Напряжение на выводах батареи есть, но стартер не вращается Разрушение мостиков* между банками. Плохая сварка полюсных клемм и т. п.
Короткое замыкание между положительными и отрицательными электродами (пластинами) В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде зарядным устройством дефектная банка не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение Повреждение сепаратора или неправильное его размещение в процессе сборки (фото 5). Низкое качество материала сепаратора или отклонение его размеров от допустимых (фото 6). Перекос электродов
Недоформованная активная масса электродов Полностью заряженная батарея не может обеспечить более двух – трех пусков двигателя, а при заряде и разряде интенсивно «кипит» Нарушена операция формования – процесс заряда электродов
Отрыв электродов (пластин) от соединительных мостиков При работе стартера электролит в такой банке «кипит». При бездействии батареи плотность электролита не снижается  

Если гарантийный срок не истек и есть подозрение, что неисправность батареи появилась по вине производителя, необходимо обратиться в специализированную мастерскую. При этом надо иметь кассовый или товарный чек, а также гарантийный талон с датой продажи и наименованием организации-продавца. К тому же обязательно, чтобы в нем были указаны характеристики батареи на момент продажи — плотность электролита, напряжение на выводах без нагрузки и т. д. Это поможет проведению экспертизы. В мастерской должны установить причину неработоспособности АКБ или снижения ее характеристик. Результаты исследования батареи заносят в гарантийный талон, и если дефект производственный — АКБ подлежит замене на новую.

Эксплуатационные дефекты

Возникают в результате небрежной эксплуатации батареи на автомобиле. Основные нарушения — не осуществляется контроль за уровнем электролита и состоянием электрооборудования. Дефекты, делают батарею практически непригодной к дальнейшему применению. Исключение составляет только оплывание активной массы электродов, да и то лишь в начальной стадии. Поскольку значительное образование шлама (оплывшей активной массы) приводит к оголению решеток пластин и потере работоспособности АКБ при включении стартера.

Фото 9. Разрушение корпуса из-за замерзания электролита сильно разряженной батареи.

Фото 10. Разрушение корпуса из-за взрыва смеси кислорода и водорода при уровне электролита ниже электродов.

Фото 11. Коррозия (полная) решетки положительного электрода.

Фото 12. Разрушение и спекание сепараторов-конвертов из-за длительной эксплуатации с низким уровнем электролита.

Принцип работы аккумуляторной батареи - фотография 49 - изображение 49

 

Эксплуатационные дефекты АКБ, их признаки и возможные причины возникновения

Дефект Признаки Возможная причина
Сильное окисление полюсных клемм Напряжение на выводах батареи есть, а стартер не крутится. Клеммы греются Не проводилась очистка полюсных клемм
Оплывание активной массы – оголение решеток электродов (фото 8) Темный цвет электролита. Быстрое снижение напряжения батареи при работе стартера Длительная эксплуатация батареи с низкими степенью заряженности и уровнем электролита. Вибрация незакрепленной батареи
Замерзание электролита при отрицательных температурах Вздутие стенок корпуса или его разрушение (фото 9). Очень низкие степень заряженности (табл. 7) и плотность электролита из-за глубокого разряда АКБ
Взрыв смеси кислорода и водорода (гремучего газа) Трещины на крышке и стенках или полное разрушение корпуса (фото 10) Уровень электролита ниже верхних кромок электродов приводит к накоплению гремучего газа, который взрывается при малейшем искрении
Коррозия (полная) решеток положительных электродов (фото 11) Батарея плохо заряжается*. Быстрое снижение напряжения батареи при работе стартера Постоянный перезаряд из-за большого напряжения (более 14,6 В). Интенсивная эксплуатация автомобиля (более 60 тыс км. в год)
Короткое замыкание между электродами В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде дефектная банка не выделяет газ и не «кипит». При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение ольшое количество оплывшей активной массы**. Разрушение сепараторов из-за низкого уровня электролита (фото 12).

Причины эксплуатационных дефектов: Низкая степень заряженности (менее 75 %) может являться результатом: • слабого натяжения ремня привода генератора; • неисправности генератора и регулятора напряжения. При работающем двигателе на выводах батареи напряжение составляет менее 13,6 В; • неисправности стартера, приводящие к увеличению силы тока, которую он потребляет, или повторению попыток пуска двигателя; • окисление клемм соединений силовых проводов, что ухудшает работу стартера или заряд батареи; • постоянное использование при стоянии в пробке мощных потребителей электроэнергии (например, обогревателя заднего стекла).

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 50 - изображение 50

Генератор не всегда может обеспечить их работу на холостых оборотах двигателя, поэтому АКБ разряжается; • регулярные многократные прокручивания коленвала двигателя (неудачные попытки пуска) при последующем кратковременном движении. Генератор не успевает достаточно зарядить батарею. Уровень электролита будет ниже нормы, если: • своевременно не проводить контроль его уровня. В жаркую погоду желательно производить проверку чаще, поскольку высокая температура способствует быстрому испарению воды; • на выводы батареи подается напряжение более 14,6 В из-за неисправности регулятора напряжения. При интенсивной эксплуатации автомобиля в режиме «такси» (более 60 тыс. км в год) необходимо как можно чаще (через 3–4 тыс. км пробега) проверять уровень электролита. Также желательно, чтобы напряжение на клеммах АКБ находилось в пределах 13,8 –13,9 В. Рекомендации

В случае сильного разряда можно попытаться самостоятельно установить его причину, воспользовавшись ориентировочной схемой действий, приведенной в таблице №8 Признаки неисправности батареи могут появляться не только из-за ее дефектов. Например, низкая плотность электролита в одной из банок возникает при доливе в нее дистиллированной воды больше уровня. Добавлять электролит, а тем более кислоту в банку ни в коем случае недопустимо.

Перед зимним сезоном будет не лишним снять батарею с автомобиля и зарядить постоянным током равным 0,1 от численного значения номинальной емкости. Для батареи номинальной емкостью 55 А. ч сила зарядного тока должна составлять 5,5 А. В зимних условиях эксплуатации, когда часто включены мощные потребители (фары, отопитель, обогреватель заднего стекла и т. п. ), желательно раз в месяц проверять степень заряженности батареи по плотности электролита (табл. 5, рис. 7) с учетом температурной поправки (табл. 6). Это поможет своевременно принять решение: • необходимости заряда батареи стационарным зарядным устройством; • рациональном использовании электроприборов; • поиске неисправности в электрооборудовании.

Принцип работы свинцового аккумулятора

Свинцовые аккумуляторы являются вторичными химическими источниками тока, которые могут использоваться многократно. Активные материалы, израсходованные в процессе разряда, восстанавливаются при последующем заряде. Химический источник тока представляет собой совокупность реагентов (окислителя и восстановителя) и электролита. Восстановитель (отрицательный электрод) электрохимической системы в процессе токообразующей реакции отдает электроны и окисляется, а окислитель (положительный электрод) восстанавливается. Электролитом, как правило, является жидкое химическое соединение, обладающее хорошей ионной и малой электронной проводимости.

Принцип работы аккумуляторной батареи - фото 51 - изображение 51

Различные типы стартерных аккумуляторных батарей, имеют свои конструктивные особенности, однако в их устройстве много общего. По конструктивно-функциональному признаку выделяют батареи: обычной конструкции — в моноблоке с ячеечными крышками и межэлементными перемычками над крышками; батареи в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой; батареи необслуживаемые — с общей крышкой, не требующие ухода в эксплуатации. Свинцовый аккумулятор, как обратимый химический источник тока, состоит из блока разноименных электродов, помещенных в сосуд, заполненный электролитом. Стартерная батарея в зависимости от требуемого напряжения содержит несколько последовательно соединенных аккумуляторов. В стартерных батареях собранные в полублоки 3 и 12 (рис 2. 1), положительные 15 и отрицательные16 электроды (пластины) аккумуляторов размещены в отдельных ячейках моноблока (корпуса) 2.

Разнополярные электроды в блоках разделены сепараторами 9. Батареи обычной конструкции выполнены в моноблоке с ячеечными крышками 7. Заливочные отверстия в крышках закрыты пробками 5. Межэлементные перемычки 6 расположены над крышками. В качестве токоотводов предусмотрены полюсные выводы 8. Кроме того, в батарее может быть размещен предохранительный щиток. В конструкции батареи предусматривают и дополнительные крепежные детали.

Источники:

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: 904)
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