Устройство и принцип работы аккумулятора

Что такое аккумулятор? Каково его назначение? Для каких целей используются современные модели? Обзор посвящен ключевым вопросам, связанным с устройством, принципом действия современных аккумуляторов.

Назначение современных аккумуляторов

Аккумулятор – специально разработанное устройство, где выработка энергии происходит благодаря химическим процессам. Энергия, выделяемая при химических реакциях, преобразовывается в электрическую, далее отдает заряд для различных приборов, устройств. Процесс этот обратимый. При разряде батареи электрическая энергия переходит в химическую, накапливая при этом энергетический запас.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Аккумуляторные батареи могут работать в трех режимах:

  • в циклическом, когда устройство работает автономно, без подключения к источнику питания;
  • в буферном режиме, когда аккумулятор постоянно подключен к источнику тока;
  • в смешанном, где происходит комбинация параметров первых двух режимов.

Для чего нужен аккумулятор? Аккумуляторная батарея – востребованный на сегодня источник энергии. Она создает необходимый запас электричества, чтобы питать различные электротехнические устройства, механизмы.

Используются батареи тогда, когда нет возможности подключиться к централизованной электрической сети

 

Аккумуляторы в действии: как работает аккумуляторная батарея?

Аккумуляторные батареи, как и любая другая техника, имеют свое оригинальное устройство, структуру. В современных аккумуляторах используются определенные материалы, внедряются системы, основанные на физических и химических свойствах конкретных веществ и металлов. Рассмотрим принцип работы аккумуляторной батареи на примере свинцово-кислотных.

Первое, с чем мы сталкиваемся – корпус. Корпус батареи должен быть надежным, качественным. Ведь внутри, забегая наперед, — сложные химические вещества.

Ненадежный, хлипкий, некачественный корпус был бы попросту небезопасным для использования.

Корпусная коробка, где помещены все основные элементы, обязательно должна быть стойкой к вибрациям, полностью герметизированной, на нее не должны оказывать химическое воздействие различные вещества, реагенты.

Под крышкой корпуса расположены два электрода – специальные пластины разных зарядов, положительного и отрицательного (в физической терминологии они называются анодом и катодом соответственно). Они зачастую изготавливаются из свинца, а сама конструкция таких пластин – решетчатая. Конструкция нужна для того, чтобы 

Устройство и принцип работы аккумулятора

химические реакции протекали более надежно и работоспособно.

Положительную пластину дополнительно намазывают так называемой активной массой – комбинация свинца и кислорода, в результате чего получается двуокись свинца (PbO2). Отрицательная электродная решетка покрывается активной массой из обычного губчатого свинца. В таблице Менделеева элемент обозначен как Pb.

Между электродными пластинами обязательно помещают дополнительный изоляционный материал. Делается это для того, чтобы при использовании батареи избежать короткого замыкания.

Последний элемент нашей батареи – электролит, который представляет собой жидкость серной кислоты. В жидкость помещаются электродные решетчатые блоки.

Принцип работы аккумулятора не сложен, однако нужно понять все, что происходит внутри:

  • когда к аккумулятору подключается нагрузка (какой-нибудь электронный прибор, механизм и проч.), внутри батареи образуется замкнутая цепь из комбинации электродных пластин, электролита и непосредственно нагрузки;
  • внутри аккумуляторной батареи начинается происходить ожидаемая нами реакция: активный массы двух пластин (Pb и PbO2) начинаются преобразовываться в совсем другое вещество – сернокислотный свинец (формула его выглядит так – PbSO4);
  • плотность электролитного вещества (серной кислоты) начинает постепенно снижаться;
  • в замкнутой цепи начинают двигаться ионы, после чего начинает течь электрический ток.

Описанный выше процесс называется разрядом – когда аккумулятор в результате внутренних химических преобразований отдает электрический ток. Обратный процесс – заряд, когда к батарее подключают внешний источник тока. При обратном процессе все вещества восстанавливаются, электролитная масса (серная кислота) начинает обретать свою первоначальную плотность.

История аккумуляторов

Устройство и принцип работы аккумулятора Первый аккумулятор по официальным данным изобрел в 1798 году Алессандро Вольт – итальянский ученый, разработавший первый химический источник тока.
Устройство и принцип работы аккумулятора 1802 – физик Круикшэнк из Англии изобретает батарею, которую начали выпускать в промышленных масштабах.
Устройство и принцип работы аккумулятора С 1820 ряд мировых ученых (Ампер, Фарадей, Дэниэл и другие) разрабатывал новые концепции, физические и химические законы, связанные с аккумуляторами.
Устройство и принцип работы аккумулятора 1899 – Вальдмар Юнгнер разрабатывает батарею, где электродами выступали пластины из кадмия и никеля.
Устройство и принцип работы аккумулятора 1901 – известный ученый Томас Эдисон изобретает бюджетную по стоимости модель железно-никелевого аккумулятора.
Устройство и принцип работы аккумулятора 1947 – благодаря ученому Нойману батарея стала полностью герметичной.
Устройство и принцип работы аккумулятора 1970-е – разработаны первые модели популярных свинцово-кислотных аккумуляторов.
Устройство и принцип работы аккумулятора В 1990-х начинается разработка и производство новых моделей аккумуляторов на основе металлгидрида и никеля.

Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Устройство и принцип работы аккумулятораАвтомобиль в наше время перестал быть роскошью и стал средством передвижения. Многих автомобилистов интересуют такие вопросы, как: какие автомобильные аккумуляторы лучшие, устройство автомобильного аккумулятора и принцип его работы. Сегодня в нашей статье мы ответим на эти вопросы, а также расскажем, можно ли зарядить автомобильный аккумулятор. 

Устройство автомобильного аккумулятора

Автомобильный аккумулятор состоит из следующих элементов:

• Корпус и крышка из эбонита или кислотостойкого пластика. На крышке располагаются специальные отверстия, через которые заливается электролит и осуществляется дальнейшая дозаливка дистиллированной воды. Заливные отверстия закрываются пробками из полиэтилена, имеющими вентиляционные отверстия для выхода газов при эксплуатации.

• Полюсные выводы – отрицательный и положительный. Для того чтобы не перепутать полярность, выводы имеют разные диаметры (у положительного он больше), а также могут иметь гравировку «+» и «-». Это исключает возможность неправильного подключения электропотребителей к АКБ.

Устройство и принцип работы аккумулятораПод крышкой аккумулятора размещаются:

• Аккумуляторная батарея, состоящая из шести аккумуляторов или, как их еще называют, банок. Банки помещены в электролит – раствор, состоящий из 35% серной кислоты и 65% дистиллированной воды. Электролит необходим для взаимодействия химических элементов и вырабатывания электрического тока.

• Борны, предназначенные для наружного токоотвода. К ним привариваются положительный и отрицательный полюсные выводы.

  • • Перегородки, обеспечивающие разделение блоков аккумуляторов (банок) друг от друга.
  • • Полюсные мосты с межэлементными соединителями, при помощи которого выполняется герметичное соединение блоков аккумуляторов через перегородку корпуса.
  • Банки же в свою очередь состоят из следующих частей: 

Устройство и принцип работы аккумулятора• Блок положительных электродов, выполненный из свинцовых решетчатых пластин, на которые нанесена активная масса из диоксида свинца. Все электроды через ушко подсоединены к полюсному мосту.

• Блок отрицательных электродов из свинцовых решетчатых пластин, в которые впрессована активная масса из мелкопористого свинца. Электроды через ушко, так же подсоединены к соответствующему полюсному мосту. 

Стоит отметить, что количество реагента, нанесенного на пластины положительных и отрицательных электродов, определяет такую важную характеристику аккумуляторной батареи, как ее емкость, а площадь поверхности пластин — пусковой ток.

• Сепаратор. Чаще всего представляет собой конверт из мипора, мипласта или полиэтилена. Он обеспечивает разделение участвующих в электрохимических превращениях реагентов, а также обеспечивает возможность диффузии электролита от одного электрода к другому.

Устройство и принцип работы аккумулятораПринцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными в электролит. При подключении нагрузки к аккумулятору активное вещество на положительных и отрицательных электродах вступает в химическую реакцию с электролитом, который частично диссоциирован на положительные и отрицательные ионы. Под действием ЭДС аккумулятора электрический ток потечет по направлению от положительного электрода к отрицательному. Электроны, накопившиеся на отрицательном электроде, будут перетекать по внешней цепи в противоположном направлении. Электроны, двигаясь по сеткам электродов, будут вырабатывать электрический ток, при этом в одной банке формируется напряжение около двух Вольт. После того как электроны из первой банки проходят во вторую, они набирают еще два Вольта. Далее все повторяется, пока напряжение автомобильного аккумулятора на выходе не составит 12 Вольт. 

Важно отметить, что во время разрядки происходит окислительная реакция, которая приводит к образованию на пластинах электродов сульфата свинца и к истощению электролита. 

Чтобы выполнить заряд автомобильного аккумулятора, к его борнам необходимо присоединить источник тока, напряжение которого превышает ЭДС аккумулятора. Ток будет протекать через аккумулятор в направлении, обратном току разряда. Электроны будут перетекать от отрицательных электродов к положительным, при этом так же будет восстанавливаться ионный состав электролита. 

Как правило, считается, что чем больше емкость АКБ, тем лучше. Однако следует отметить, что при выборе аккумуляторной батареи для своего авто нужно учитывать рекомендации производителя по емкости и напряжению. А значит, «правильный» автомобильный аккумулятор тот, который подобран в соответствии с требуемыми характеристиками.

Мы рассказали об устройстве и принципе работы аккумуляторной батареи. Вы также можете посмотреть наше видео, в котором подробно показано, как устроен АКБ и как она работает.

Аккумулятор: устройство, назначение, принцип работы

Устройство и принцип работы аккумулятора 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 и принцип работы аккумулятора

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

Устройство и принцип работы аккумулятора 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.

Читайте также:  Как отличить электронное узо и электромеханические: особенности устройства и применения

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. Устройство и принцип работы аккумулятора

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:

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

Устройство и принцип работы аккумулятора

Общие сведения

Невозможно представить работу множества современных приборов и механизмов, без аккумулятора – компактного источника жизненной энергии для нашпигованных электроникой и автоматикой всяческих устройств.

Автомобильная стартерная аккумуляторная батарея (АКБ) – так официально называется подобное устройство в транспортных средствах. Хотя принцип работы и конструкцию аккумулятора изучают ещё в средней школе на уроках физики, но многие успевают к началу самостоятельной жизни автолюбителя изрядно забыть столь ценные знания.

Давайте немного оживим наши познания и вспомним, что за штука такая – аккумулятор, как ему удается сохранять и отдавать накопленное электричество.

Основной принцип работы аккумулятора – использование эффекта возникновения разности потенциалов (напряжения) между двумя погруженными в раствор электролита металлическими пластинами.

Работающий на этом эффекте элемент впервые был сделан в 1836-1838 годах. Одна из пластин в нем была медной, другая цинковой, но она быстро растворялась в электролите.

Элемент Даниэля-Якоби за прошедшие столетия был значительно улучшен и модернизирован. Выработка электричества стала производиться более компактными и производительными устройствами, которые к тому же теперь восстанавливают свой ресурс. Но общий принцип работы аккумулятора остался тот же и сегодня.

Устройство аккумуляторной батареи

Следует уточнить, что французский физик Гастон Плант в 1859 г. создал свинцово-кислотную батарею, площадь которой была всего 10 кв. м. Современный аккумулятор является копией батареи Планта, но только уменьшенной во много раз.

Все детали конструкции батареи объединены в корпусе, который можно видеть как единый элемент аккумулятора под капотом автомобиля.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Конечно, правильно было бы называть аккумулятором лишь одну, отдельно взятую ячейку. Несколько таких ячеек должны быть названы аккумуляторной батареей. Так, каждый из шести отдельных аккумуляторов («банок») в стандартной аккумуляторной батарее легкового автомобиля (12 В) вырабатывает напряжение в 2 В.

Крайне серьезные и даже жесткие требования предъявляются к корпусу батареи, который должен обладать достаточной виброустойчивостью, справляться со значительными изменениями температур, а так же выдерживать воздействие агрессивных химических реагентов. Всем этим запросам удовлетворяет современный синтетический материал – полипропилен, именно поэтому в большинстве случаев при изготовлении корпуса используется именно этот материал.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Основная глубокая емкость и закрывающая её крышка – это те части, из которых состоит корпус. Крышка может быть оснащена либо дренажной системой, которая выводит вырабатывающийся газ и стабилизирует давление внутри батареи, либо горловинами с пробками. Вид крышки зависит от типа АКБ.

Каждая из отдельных ячеек аккумуляторной батареи оснащена одним скомбинированным пакетом, который состоит из большого количества пластин с чередованием их полярности. Пластины изготовляются из свинца.

Они имеют структуру решеток, состоящих из прямоугольных сот. Именно благодаря такой конструкции можно нанести на пластины активную массу – основной рабочий реагент.

Так как данную массу наносят посредством намазывания на пластины, то они так и называются – пластины намазного типа.

Устройство и принцип работы аккумулятора

При изготовлении автомобильных аккумуляторов применяются только намазные пластины, хотя существуют и другие типы аккумуляторов. К примеру, в некоторых аккумуляторах устанавливаются пластины с увеличенной площадью, а также пластины из панцирной сетки.

Каждая из пластин в аккумуляторе – это электрод с противоположной полярностью. Именно поэтому может произойти короткое замыкание.

Для его предотвращения между каждой парой пластин вставлен, изготовленный из пористого пластика сепаратор, который не препятствует циркуляции электролита внутри ячейки.

Чтобы избежать коробления, каждая положительно заряженная пластина помещается между двумя «минусовыми» пластинами. Именно поэтому отрицательных пластин в ячейке всегда на одну больше.

Дабы предотвратить всевозможные деформации и смещения, весь собранный пакет зафиксирован специальным бандажом. При помощи токосборников, плюсовые и минусовые токовыводы пластин концентрируют свою энергию на выводных борнах аккумулятора. К данным борнам подключаются клеммы автомобиля, принимающие ток.

Принцип работы

Двуокись свинца на пластине с положительным зарядом, раствор серной кислоты в воде (электролит, с плотностью 1,28 г/см3), а так же губчатый свинец на отрицательном электроде – это активные элементы, вступающие в реакцию инициирования нагрузки на клеммы аккумулятора. В результате данной реакции происходит процесс вырабатывания электротока, с последующим образованием сульфата свинца на отрицательно заряженной пластине. Так же снижается плотность электролита, так как из него выделяется вода.

При поступлении на клеммы батареи электрического тока из генератора, зарядного устройства и других источников тока, происходит обратный электрохимический процесс. На положительных электродах происходит регенерация диоксида свинца, а на отрицательных – восстанавливается чистый свинец.

Весь этот процесс, сопровождаемый повышением плотности электролита, называется методом двойной сульфатации. Срок службы аккумулятора зависит от качества материалов, использованных при изготовлении аккумуляторной батареи. Так же качество материалов влияет и на количество циклов разрядки-зарядки, которое он может выдержать.

Свои начальные свойства аккумулятор почти полностью регенерирует.

Автомобильный аккумулятор

Автомобильный аккумулятор является важным элементом электрооборудования — наряду с генератором выступает источником тока. В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет несколько функций:

  • питание стартера при запуске двигателя;
  • питание потребителей при выключенном двигателе;
  • питание потребителей в дополнение к генератору при включенном двигателе.

При совместной работе с генератором аккумуляторная батарея обеспечивает переходные процессы, требующие большого тока, а также сглаживает пульсацию тока в электрической сети.

Устройство аккумуляторной батареи

На легковых автомобилях в качестве стартерных применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Конструкция аккумуляторных батарей постоянно совершенствуется.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Каждая батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, объединенных в одном корпусе. Корпус изготавливается из пропилена, стойкого к кислоте и не проводящего ток. Отдельный аккумулятор объединяет чередующиеся положительные и отрицательные электроды, покрытые слоем активной массы. Изоляцию пластин противоположной полярности обеспечивает пластмассовый сепаратор.

Электроды изготавливаются из свинцового сплава. В современных аккумуляторах положительные и отрицательные электроды изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава.

Такие батареи имеют низкий уровень саморазряда (потеря 50% емкости за 18 месяцев) и минимальный расход воды (1 г/Ач).

Это дает возможность полностью исключить добавление воды за период эксплуатации – необслуживаемая аккумуляторная батарея.

Реже можно встретить более дешевую конструкцию, т.н. гибридную аккумуляторную батарею. В ней положительные электроды свинцово-сурмяные, а отрицательные – свинцово-кальциевые. В таких батареях расход воды в полтора-два раза больше кальциевой батареи, но они также не требуют обслуживания.

Для повышения стойкости электродов к коррозии в свинцово-кальциевый сплав может добавляться серебро, олово.

Электроды имеют решетчатую структуру. Технологии изготовления положительных и отрицательных электродов отличаются. Решетка отрицательных электродов по технологии Expanded metal получается путем просечки свинцового листа с последующей растяжкой.

При производстве положительных электродов используется несколько технологий. Самая совершенная технология Power Frame.

Каждый электрод Power Frame имеет опорную раму и внутренние жилки определенной направленности, чем достигается высокая жесткость и минимальное линейное расширение.

Более простые электроды, изготовленные по технологии Power Pass (вертикальные жилки стягиваются к ушку электрода), Chess Plate (жилки электродов расположены в шахматном порядке).

Каждый электрод покрывает слой активной массы. У положительных электродов активная масса состоит из диоксида свинца. В отрицательных пластинах активная масса представлена губчатым свинцом.

Электроды помещены в электролит, в качестве которого используется раствор серной кислоты. Электролит имеет определенную плотность, которая изменяется в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи (чем выше заряженность, тем выше плотность).

В зависимости от физического состояния электролита различают два вида аккумуляторных батарей: с жидким электролитом и с пропитавшим специальный материал (нежидким) электролитом. Сегодня наиболее распространены аккумуляторные батареи с жидким электролитом.

Новые системы автомобиля, такие как система стоп-старт, система рекуперативного торможения, предъявляют повышенные требования к аккумуляторной батарее — высокий пусковой ток, стойкость к глубокому разряду, долговечность.

Этим требованиям отвечают аккумуляторные батареи AGM (Absorbed Glass Material), в которых электролит удерживается в микропористом материале. В батарею заливается такое количество электролита, которое может впитать материал.

Данная технология обеспечивает повышение эффективности активной массы за счет лучшего поглощения кислоты.

Промежуточное положение между аккумуляторами с жидким электролитом и AGM батареями занимают аккумуляторные батареи EFB (Enhanced Flooded Battery) – технология влажного электрода. В батарее EFB электроды покрыты пленкой из микроволокна, которая удерживает энергию и обеспечивает стабильность к циклическому разряду. Батарея, при этом, заполнена жидким электролитом.

В перспективе аккумуляторы типа AGM и EFB полностью заменят свинцово-кальциевые батареи с жидким электролитом. Сдерживающим фактором пока выступает высокая цена новых источников тока.

Зарядка аккумуляторной батареи сопровождается газообразованием. Отвод газов от аккумуляторной батареи осуществляется с помощью системы вентиляции. Центральная система вентиляции соединяет каждый отдельный аккумулятор в составе батареи с атмосферой. За счет предохранительных клапанов система герметична.

Клапан устанавливается в пробке аккумулятора и срабатывает при определенном избыточном давлении. Система носит название Valve Regulated Lead Acid Battery или VRLA батарея. Кислород и водород, образующиеся при заряде, не покидают аккумулятор, а взаимодействуют между собой с образованием воды.

Их выход происходит только при высоком напряжении заряда.

Система вентиляции лабиринтной конструкции более совершенна. Она обеспечивает конденсацию выходящих паров и возвращение жидкости обратно в аккумулятор.

Отдельные аккумуляторные батареи оборудуются пламегасителем, который в случае возгорания выходящих паров отсекают пламя от батареи и не пускают его внутрь.

Читайте также:  Чем короткое замыкание отличается от перегрузки

Пламегаситель устанавливается на выходе вентиляционной системы и представляет собой мембрану из особого материала.

Подключение аккумуляторной батареи к электрической сети производится с помощью двух свинцовых выводов. Положительный вывод всегда толще отрицательного, что исключает ошибку при подключении батареи.

Полярность (расположение) выводов может быть прямой или обратной. При прямой полярности положительный вывод батареи расположен слева, при обратной полярности справа.

Необходимо помнить, что длина проводов, которыми подключается аккумулятор, рассчитана на определенную полярность.

Автомобильные аккумуляторы оборудуются индикатором заряженности батареи, т.н. «глазком». Плотность электролита оценивается по цвету «глазка» («зеленый» – батарея заряжена, «черный» – недостаточный заряд, «желтый» – низкий уровень электролита).

На автомобиле аккумуляторные батареи жестко закрепляются с помощью специального крепления, предупреждающего их повреждение и разлив электролита. Крепление может быть верхнее (рамка) или нижнее (скоба, закрепляемая за выступы основания). Для батарей, располагающихся в центральной части или багажнике автомобиля предусматривается аварийный размыкатель аккумуляторной батареи.

Работа аккумуляторной батареи

Устройство и принцип работы аккумулятора

Принцип действия аккумуляторной батареи основан на преобразовании электрической энергии в химическую энергию при заряде и наоборот химической энергии в электрическую при разряде. Работа аккумуляторной батареи носит циклический характер: разряд-заряд.

Разряд происходит при подключении потребителей. При разряде активная масса положительных (диоксид свинца) и отрицательных (губчатый свинец) электродов взаимодействует с электролитом. При этом образуется сульфат свинца и вода, плотность электролита уменьшается.

При работающем двигателе аккумуляторная батарея заряжается от генератора. Аккумуляторную батарею также можно зарядить с помощью специального зарядного устройства. При зарядке сульфат свинца и вода преобразуются в свинец, двуокись свинца и серную кислоту. Плотность электролита повышается.

Заряд батареи должен производиться при оптимальном напряжении. Высокое напряжение приводит к сильному разложению воды и снижению уровня электролита. Низкое напряжение чревато неполной зарядкой батареи и, соответственно, уменьшением срока ее службы.

Работа аккумуляторной батареи зависит от температуры окружающего воздуха. При повышении температуры увеличивается отдаваемая мощность, но вместе с ней увеличивается саморазряд и коррозия электродов. Понижение температуры сопровождается снижением разрядной емкости, замедлением химических процессов и уменьшением плотности электролита.

При отсутствии нагрузки процессы в аккумуляторной батарее продолжаются — происходит ее саморазряд. Величина саморазряда зависит от температуры окружающего воздуха и конструкции батареи (электродов).

Срок службы аккумуляторной батареи составляет в среднем 4-5 лет и во многом зависит от режима эксплуатации. Производители постоянно работают над повышением эффективности аккумуляторной батареи, увеличением срока ее службы. Среди перспективных направлений:

  • внедрение системы управления энергетическим балансом (регулирует подключение потребителей);
  • использование двух аккумуляторных батарей (одна для запуска, другая для всего остального);
  • совершенствование конструкции аккумуляторных батарей (AGM, EFB технологии).

Основными параметрами автомобильной аккумуляторной батареи являются: номинальная емкость, номинальное напряжение и ток холодной прокрутки. Данные параметры отражаются в маркировке аккумуляторной батареи, которая наносится на корпусе.

Номинальная емкость определяется отдаваемой энергией полностью заряженной батареи при двадцатичасовом разряде. Измеряется в ампер-часах (Ач). К примеру, батарея емкостью 50 Ач в течение двадцати часов может отдавать ток 2,5 А.

Большее практическое значение имеет т.н. резервная емкость. Данный неофициальный параметр измеряется в минутах. Резервная емкость аккумуляторной батареи легкового автомобиля при нагрузке 25 А и падении напряжения до 10,5 В должна составлять не менее 90 минут. В течение данного промежутка времени аккумулятор может работать за себя и за генератор.

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи складывается из напряжения отдельных аккумуляторов. Номинальное напряжение аккумуляторной батареи легкового автомобиля составляет 12 В.

Ток холодной прокрутки определяет возможность аккумуляторной батареи при запуске в холодное время. Представляет собой величину тока, который батарея способна отдать при температуре -18оС в течение 10 с напряжением не менее 7,5 В. Чем выше ток холодной прокрутки, тем легче двигатель будет запускаться зимой.

Устройство и работа аккумуляторной батареи АКБ

Важной частью каждого автомобиля является аккумуляторная батарея (АКБ).

Автомоби́льный аккумуля́тор — это тип аккумулятора, который применяется на автомобильном или мототранспорте. Используется в качестве источника электроэнергии для работы бортовой сети автомобиля при неработающем двигателе или для запуска двигателя.

АКБ служит для электрического питания цепей управления и бортовой сети, когда двигатель не работает. Но самое главное его предназначение – пуск двигателя. АКБ приводит в действие стартер, во время заводки двигателя автомобиля.

В последнее время на автомобилях применяют кислотно-свинцовые аккумуляторы, с напряжением 12 В. Они хорошо зарекомендовали себя и имеют долгий срок эксплуатации. Но если ваш аккумулятор сдох, можно попытаться реанимировать АКБ. 

Основные параметры автомобильного аккумулятора, которыми он должен обладать

  1. Не большое внутреннее падение напряжения;
  2. Медленный саморазряд во время эксплуатации;
  3. Способность выдавать большие токи;
  4. Удобные габариты и простое обслуживание.

Кислотно-свинцовый автомобильный аккумулятор соответствует этим требованиям.

Устройство аккумуляторной батареи (АКБ)

Устройство и принцип работы аккумулятора

Аккумулятор 12В состоит из нескольких независимых друг от друга банок — аккумуляторов по 2 В. каждый. Аккумуляторы последовательно собираются и соединяются между собой в одном корпусе.

  1. Банка аккумулятора состоит из полюсных пластин, изолированных друг от друга кислотоупорными сепараторами.
  2. Корпус аккумулятора изготовлен из специальной кислотоупорной пластмассы или эбонита. В корпусе вылиты специальные отсеки для установки банок аккумулятора.
  3. Полюсная пластина представляет собой решетку с ячейками, изготавливаемую из свинца. В каждую ячейку решетки впрессовано активное вещество пористой структуры, что обеспечивает увеличение площади соприкосновения с электролитом.

В состав активного веществавходит свинцовый порошок с добавлением серной кислоты. В отрицательных пластинах размещается сернокислый барий. Во время формировки АКБ пластины заряжаются, и активное вещество превращается в диоксид свинца, а в отрицательных – в губчатый свинец.

Электролит – специальная жидкость, которая заливается в банки аккумулятора и служит для движения заряженных частиц от полюса к полюсу. Электролит состоит из серной кислоты и очищенной дистиллированной воды.

Принцип работы аккумуляторной батареи (АКБ)

 В процессе работы в АКБ происходит движение заряженных частиц, вследствие чего появляется ток.

Обслуживание АКБ

АКБ необходимо обслуживать и заряжать. Если вы настоящий автомобилист или водитель вам следует знать как заряжать АКБ.  Если вы столкнулись с проблемой пуска двигателя зимой, скорее всего вам придется запустить двигатель от АКБ другого автомобиля. 

Устройство автомобилей



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.).

Устройство и принцип работы аккумулятора

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.

Читайте также:  Тиристорные регуляторы мощности. схемы с двумя тиристорами

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

Дистанционное образование

  • Группа ТО-81
  • Группа М-81
  • Группа ТО-71

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

Want create site? Find Free WordPress Themes and plugins.

Как известно, работа современных портативных устройств основана на использовании автономного источника питания, роль которого выполняет аккумуляторная батарея (АКБ).

Также такой источник энергии является обязательным узлом автомобильного транспорта, который помогает запустить машину при помощи стартера. Принцип работы аккумуляторной батареи достаточно прост.

Если соблюдать правила использования, то аккумулятор будет работать без перегруза и не уменьшать свою емкость в процессе использования.

Назначение и особенности аккумуляторной батареи

АКБ – это устройство, которое может накапливать энергию и питать электрические устройства, не вырабатывающие ток самостоятельно.
Аккумуляторная батарея состоит из:

  • пластмассового или эбонитового корпуса;
  • заливной горловины и съемной пробки;
  • сепаратора;
  • пластин с разным потенциалом (отрицательной и положительной);
  • межэлементного соединения;
  • выводов со знаком «+» и «-».

В случае автомобильного аккумулятора бывают обслуживаемые и необслуживаемые источники автономного питания.

Аккумуляторы с напряжением в 12 Вт состоят из 6 соединенных между собой банок, которые находятся в одном корпусе.

Если в автомобиле установлен необслуживаемый аккумулятор, то единственным способам подзарядки АКБ является подзарядка при помощи генератора во время работы двигателя.

В случае обслуживаемого аккумулятора в него можно подливать электролит (смесь дистиллированной воды и серной кислоты) для повышения его плотности или подзаряжать его при помощи зарядного устройства.

Данный процесс предусматривает образование двуокиси свинца путем химической реакции воды и сульфата свинца. При этом существенно увеличивается плотность электролита. Если двигатель работает, то заряд (накопление емкости) АКБ происходит с использованием генератора.

Специалисты рекомендуют осуществлять заряд аккумуляторной батареи при незначительном напряжении. Если осуществлять заряд АБ при высоком напряжении, то в результате можно получить огромное разложение воды, что снизит уровень электролита.

Неправильное использование аккумуляторной батареи приведет к уменьшению срока использования.
Аккумуляторная батарея эксплуатируется в среднем в течении 3-5 лет в зависимости от условий эксплуатации.

Если придерживаться оптимального режима работы такого устройства, то можно увеличить в несколько раз время его использования. Регулярно нужно следить, чтобы все баночки с жидкостью были заполнены до нужного уровня. Это позволит работать аккумулятору в обычном режиме, не перегружаясь и не разряжаясь.

Принцип работы аккумуляторной батареи автомобиля

В основе принципа работы АКБ лежит преобразование химической энергии в электрическую. Электроды взаимодействуют с электролитом, образуя в результате воду и сульфат свинца.

Необходимо отметить, что в случае такого взаимодействия постепенно уменьшается плотность электролита и, соответственно, мощность аккумулятора.

Стоит отметить, что температура воздуха влияет на режим работы устройства: ее увеличение влияет на некоторое увеличение мощности батареи. Однако вместе с такими изменениями может увеличиться коррозия электродов и саморазряд.

Если на улице минусовая температура воздуха, то можно прослеживать уменьшение разрядной емкости, уменьшение электролита и замедление химических процессов. Поэтому автомобилисты рекомендуют снимать АКБ во время длительной стоянки машины в условиях зимы.

Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

Виды АКБ. В наше время можно приобрести различные аккумуляторные батареи, которые отличаются между собой двумя признаками:

  • принципом действия;
  • конструкцией.

По химическому составу активного вещества АКБ бывают следующих видов:

  • серебряно-цинковые;
  • никель-кадмиевые;
  • свинцово-кислотные;
  • щелочные железо-никелевые аккумуляторы.

Все эти виды АКБ имеют разную степень использования. Так, например, популярными можно считать накопительные устройства, которые имеют свинцово-кислотные наполнители (автомобильные варианты аккумулятора). Устройства, использующие химическое взаимодействие железа и никеля, используются реже. Серебряно-цинковые аккумуляторы практически не используются. Это можно объяснить тем, что стоимость их довольно велика, а время использования незначительное. Различные аккумуляторы имеют разный принцип работы, время эксплуатации, емкость.
Важным параметром любой АКБ считается емкость. От такого показателя зависит потребление и отдача энергии. На аккумуляторах, которые предназначены для автомобилей, можно увидеть маркировку, которая указывает на емкость устройства. Она может быть представлена таким образом: 55, 60, 75 Ам*ч. Для телефонных батарей характерна такая емкость – 2000, 1500, 1000, 700 mAh (тысячные доли Ампера). Выбор аккумуляторной батареи необходимо осуществлять, исходя из потребляемого заряда или предполагаемой нагрузки устройства. При неправильном или длительном использовании АБК емкость может уменьшаться. Очень часто это прослеживается при длительном использовании аккумуляторной батареи в легковом автомобиле или же при неполной зарядке батареи, если речь идет про мобильный телефон.

Щелочные аккумуляторы и их использование

Аккумуляторы такого типа могут иметь различное наполнение:

  • никель + железо;
  • никель + кадмий.

В основе таких устройств имеется прямоугольный корпус, сделанный из качественной стали. Внешняя часть батареи для заряда имеет небольшой слой никеля. Внутри устройства есть отрицательные и положительные пластины, причем положительных пластин на одну единицу больше.

Все пластины сделаны из стальных ламелей и по внешнему виду одинаковые. На них нанесен небольшой слой никеля. Внутри пластин имеется в небольшом объеме активная масса. Все пластины соединены между собой с помощью ребер.

В щелочную АКБ электролит может заливаться только через специальное отверстие, имеющее клапан с целью выпуска излишков газов.

Если брать во внимание никель-кадмиевые батареи, то они практически ничем не отличаются от никель-железных автономных источников. Главным отличием считается наличие у них сепараторов, которые находятся между пластинами.

Если все части аккумулятора работоспособны, то он будет использоваться достаточно долго. Данные устройства преобразовывают электрическую энергию в химическую.

Если на клеммы такого устройства поступает ток, то в результате такого действия может произойти обратный процесс.

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Этот вид накопительного источника энергии можно отнести к самому популярному и востребованному, так как они используются практически на всех автомобилях.

Он имеет несколько ячеек и электроды, которые представляют собой своеобразные свинцовые решетки с мелкой ячейкой.

Решетки обоих полярностей в своей основе имеют разное содержание: диоксид свинца содержится в решетках со знаком «+», в минусовых решетках содержится свинец. Такие накопительные устройства устойчивы к морозам и относительно недорогие.

Принцип работы малогабаритных батарей

В различных устройствах имеются аккумуляторные батареи, которые отдают заряд. С помощью такого заряда другие устройства могут работать длительное время без осуществления подзарядки. К числу таких устройств можно отнести мобильные устройства. У них аккумулятор имеет небольшие размеры. Однако их емкость может быть разной.

Банки таких аккумуляторов составляют обычные мягкие пакеты из пластика, которые заполнены литием. Этот химический состав похож по консистенции на сметану. Чтобы выполнить контрольное измерение такой батареи, необходимо использовать специальный прибор, который называется контроллер.

Это небольших размеров электронная плата, которая подключается к зарядному устройству и определяет подачу заряда. У таких аккумуляторов нет клемм или контактов. Эту роль берет на себя коннектор, который состоит из многополюсного соединения. Принцип работы такого аккумулятора аналогичен обычным АКБ литий-ионного типа.

Однако, их стоимость и габариты значительно меньше.

Правильный подход к выбору аккумуляторной батареи позволит подзаряжать другие устройства, необходимые человеку. Предварительно перед приобретением такого устройства, можно ознакомиться с его параметрами и работоспособностью в Интернете.

Did you find apk for android? You can find new Free Android Games and apps.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector