Виды, устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора
Электрические аккумуляторные батареи применяются в любом автомобиле и представляют собой автономный источник питания. АКБ накапливает энергию, которая затем питает бортовую сеть, когда это необходимо, и подает ток на стартер для запуска двигателя.
Назначение аккумулятора в автомобиле
Автомобильный аккумулятор принято обозначать аббревиатурой АКБ, что значит аккумуляторная кислотная батарея. Не все батареи относятся к этому типу, но в автомобилях наиболее распространены именно они.
Аккумулятор является важным компонентом в работе любого транспортного средства. Он выполняет следующие основные функции:
Каждый аккумулятор имеет определенную емкость и заряд. При работе двигателя всю нагрузку на электропитание берет на себя генератор. Он же заряжает аккумулятор во время движения. Если мощности не хватает, подключается батарея. Определенное время АКБ может обеспечить автономное питание.
Генератор выходит на оптимальный режим производительности при достижении двигателем частоты вращения коленчатого вала 1600-1800 об/мин и более.
Располагается АКБ, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля или закреплен на раме в случае крупного грузового транспорта. Это связано с тем, что кислота, находящаяся внутри, очень агрессивна и опасна для здоровья. Она может просочиться через корпус или выделиться в виде газа. С аккумулятором следует обращаться осторожно.
Более безопасны необслуживаемые АКБ, внутри которых нет жидкого электролита. Такие батареи практически не выделяют вредных паров и их можно использовать где угодно. Среди альтернативных мест размещения аккумулятора можно выделить багажное отделение и под сиденьем водителя.
Параметры АКБ
Обычная автомобильная батарея выдает напряжение в 12В. Этого хватает для питания бортовой сети. Для большегрузных автомобилей используются батареи с напряжением в 24В. По сути, это две обычные батареи, которые последовательно соединены. Емкость АКБ измеряется в Ампер-часах (А*ч). Для легкового транспорта емкость батареи находится в пределах 40-130 А*ч. Емкость показывает, какое время аккумулятор сможет давать энергию при нагрузке. Но эти величины измеряются при определенной нагрузке и при определенной температуре – 20°C. При других условиях параметры могут меняться.
Также важным показателем является ток холодной прокрутки или пусковой ток. Разные модели способны выдавать от 250А до 1300А. Ток холодной прокрутки – это то напряжение, которое способен отдать АКБ в течение 30 секунд при температуре 18°C. В иных условиях данный параметр может поменяться, например, зимой.
Устройство аккумулятора
На самом деле, стандартный аккумулятор – это шесть маленьких аккумуляторов, заключенных в один корпус. Шесть отсеков объединены в едином корпусе. Часто их называют банками. Каждая банка дает напряжение в 2,1В – 2,2В. Шесть банок соединены последовательно толстыми свинцовыми перемычками, что в итоге дает напряжение в 12,6В – 13,2В.
Автомобильный аккумулятор состоит из следующих основных элементов:
Корпус и крышка
Корпус и крышка выполнены из пластика, который нейтрален к кислоте. В каждой банке находятся свинцовые пластины – электроды.
Пластины
Отрицательная пластина из губчатого свинца (Pb) называется катод, положительная пластина пористая с диоксидом свинца (PbO2) – анод. Чтобы батарея разряжалась не так быстро, используется не чистый свинец, а с применением разных присадок. Ранее добавляли 5% сурьмы, но процесс сульфатации все равно проходил быстро. В современных жидкостных аккумуляторах добавлен кальций. Он значительно снижает процесс сульфатации и повышает емкость АКБ до 70%. Если говорить про гелевые или AGM аккумуляторы, то в них применяется только чистый свинец. Это позволяет повысить мощность и отдаваемый пусковой ток до 1000-1300А.
Электролит
В каждой банке залит электролит. Это смесь серной кислоты и дистиллированной воды, в соотношении 35:65. Плотность электролита находится в пределах 1,23-1,31 г/см3. Чем она выше, тем батарея более устойчива к морозам.
Сепаратор
В простых жидкостных аккумуляторах между пластинами находится сепаратор. От слова “separate” – разделять. Обычно сепараторы изготавливаются из нейтрального пластика. Эти пластины разделяют положительные и отрицательные электроды от замыкания. Материалом для сепараторов служит ревертекс или эбонит. Также эти элементы иногда называют диэлектрической прослойкой.
В более современных необслуживаемых аккумуляторах в качестве сепараторов применяется микроволокно. Этот высокотехнологичный материал удерживает электролит внутри и не дает ему вытекать и испаряться. Пластины завернуты в микроволокно как в конверте и плотно прижаты друг к другу.
Клеммы и пробки
Клеммы аккумулятора также изготавливаются из свинца. К ним присоединяются контакты. На обслуживаемых аккумуляторах на корпусе располагаются заливные пробки. Их количество равно количеству банок. Они служат для заливки дистиллированной воды в случае необходимости.
Принцип работы
Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую. Когда аккумулятор подключен к потребителям энергии, то происходит его разрядка.
Происходит следующий процесс. На катоде идет восстановление диоксида свинца. Свинец на аноде окисляется. Серная кислота вступает в реакцию с металлами на обеих пластинах. При этой реакции образуется сульфат свинца. Процесс называется сульфатацией. Из серной кислоты выделяется водород, который затем вступает в реакцию с кислородом из положительно заряженной пластины. Образуется вода, а серная кислота расходуется. Плотность электролита понижается. Процесс реакции показан на картинке.
При зарядке весь процесс происходит в обратном порядке. Серная кислота восстанавливается. Вновь образуется диоксид свинца и серная кислота. При полной зарядке плотность электролита должна быть в пределах 1,29 гр/см3. Это значение показывает уровень содержания серной кислоты на один кубический сантиметр электролита.
Таким образом, работа батареи основана на циклах заряд-разряд. Если допустить глубокий разряд, процесс может быть необратимым. Останется только вода и сульфат свинца. Поэтому нужно всегда следить за уровнем заряда.
Зарядка, хранение и зависимость от температуры
Разная температура также влияет на работу АКБ. При высокой температуре показатели мощности и токоотдачи высокие, но батарея быстрее разряжается и повышается расход воды. Электролит по своему составу не замерзает при минусовой температуре, но на сильном морозе он все же может это сделать. В мороз химические процессы замедляются, пусковой ток снижается, падает емкость батареи. Вот почему у водителей часто возникают проблемы с запуском двигателя зимой.
Разновидности аккумуляторов
Современные аккумуляторные батареи можно условно разделить на обслуживаемые и необслуживаемые.
Можно выделить следующие основные виды:
Аккумуляторы с жидким электролитом относятся к обслуживаемому типу. Это значит, что время от времени нужно следить за уровнем электролита, его плотностью и емкостью батареи. Их срок службы в среднем составляем 3-5 лет. Они доступны по цене и хорошо справляются со своей задачей в автомобиле. Поэтому остаются самыми распространёнными.
Батареи по технологии EFB появились сравнительно недавно. В них также находится жидкий электролит, но пластины завернуты в микроволокно. Материал впитывает электролит, что увеличивает площадь контакта с пластинами. Это также повышает емкость и мощность и позволяет снизить объем электролита по сравнению с обычными АКБ, делая такие батареи практически необслуживаемыми. Срок службы 4-5 лет. Стоимость приемлемая.
Аккумуляторы AGM относятся к классу необслуживаемых батарей. Это значит, что у них полностью герметичный корпус. На корпусе имеются газоотводные клапаны. Между пластинами находится стекловолокно, в порах которого электролит. Это позволяет значительно замедлить процесс сульфатации. Такие батареи не боятся полного разряда. Срок службы до 10 лет. Но есть минусы: высокая стоимость и обслуживание.
Гелевые
Это также необслуживаемые батареи. В электролит добавлены вещества, которые сгущают его и доводят до твердого состояния. Сам электролит выступает в роли сепаратора между пластинами. Срок службы до 10 лет, но требуется специальный уход, как и в случае с AGM. Не боятся глубокого разряда, но чувствительны к перезаряду и замыканию. Стоят в 3-4 раза дороже обычных.
Аккумуляторная батарея – это то устройство, которое требует от водителя внимания. Чтобы батарея прослужила долго, нужно знать ее устройство и принцип работы. При правильном уходе и условиях содержания АКБ проработает долгие годы.
Назначение аккумуляторной батареи (АКБ). Все об АКБ
Видео: Как устроен аккумулятор? Типы аккумуляторов (АКБ). В чём разница и как правильно заряжать? Как обслужить аккумулятор? Какой АКБ лучше? Секреты выбора аккумулятора для автомобиля. Правильная зарядка аккумулятора. Как проверить АКБ (аккумулятор) без нагрузочной вилки?
Для того чтобы завести двигатель, необходимо принудительно вращать его. Система электроснабжения и электрического пуска предназначена для вырабатывания необходимой электроэнергии и передачи ее от аккумуляторной батареи стартеру, который проворачивает двигатель. Аккумуляторная батарея служит источником электропитания для всех потребителей электроэнергии, имеющихся в автомобиле. Аккумуляторная батарея является одним из самых важных узлов автомобиля.
В любом автомобиле электрические узлы потребляют при работе ток от аккумуляторной батареи. Система электроснабжения предназначена для постоянного поддержания аккумуляторной батареи в полностью заряженном состоянии. Устройство, вырабатывающее электроэнергию, согласно стандарту SAE называется генератором.
Рис. Устройство аккумуляторной батареи: 1 — бак; 2 — межэлементное соединение; 3 — пробка; 4 — заливное отверстие; 5 — крышка аккумулятора; 6 — заливочная мастика; 7 — штырь; 8 — мостик баретки; 9 — предохранительный щиток; 10 — сепаратор; 11 — положительная пластина; 12 — отрицательная пластина; 13 — ребра
Во всех электрогенераторах для преобразования механической энергии в электрическую используется явление электромагнитной индукции. Принцип электромагнитной индукции заключается в том, что при перемещении проводника в магнитном поле в нем возникает электрический ток.
Главное назначение автомобильной аккумуляторной батареи — служить источником электрической энергии, необходимой для пуска двигателя, и резервным источником питания в случае, если энергии, вырабатываемой генератором, оказывается недостаточно для электроснабжения автомобиля. Аккумуляторная батарея служит также стабилизатором напряжения системы электроснабжения в целом. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, поскольку она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой (многоамперный) ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки. Прежде чем проверять систему электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в хорошем (работоспособном) состоянии.
С устройством аккумуляторной батареи автомобиля вы можете в следующей статье.
АКБ — что это, устройство и принцип работы аккумулятора в автомобиле
Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.
Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.
Что такое АКБ для автомобиля, предназначение
То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.
Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.
Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.
Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.
При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.
Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.
Из чего сделан и что внутри аккумулятора
Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.
Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.
С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.
Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.
Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.
Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:
Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.
Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.
Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.
В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).
В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.
Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.
Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.
Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.
Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.
Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (H2SO4) и дистиллированной воды.
Принцип работы АКБ
Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.
При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.
При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.
Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.
Особенности конструкции современных АКБ
Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.
Рассмотрим их по отдельности:
Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.
Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.
Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.
Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.
В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.
Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.
Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.
Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.
Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.
Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.
Параметры и характеристики аккумуляторной батареи
Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.
Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.
Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.
Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:
Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:
Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:
Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.
Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.
Аккумуляторы будущего
Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.
Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.
Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.
Гелевая АКБ
Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.
Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта
Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.
Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.
Опытная графен-полимерная АКБ
Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.
В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.
Устройство, назначение и функционал аккумулятора
Общие сведения
Основная функция аккумулятора – подавать электричество на свечи зажигания для запуска двигателя. Также работает как стабилизатор напряжения и дополнительного источника питания для электрических приборов при выключенном двигателе.
Аккумулятор — электрохимический прибор, он не хранит электрическую энергию, а производит ее в результате реакции химических элементов. Два разнородных металла в виде пластин помещаются в кислотную среду. При подключении потребителей электроэнергии, между пластинами возникает разность потенциалов, и вырабатывается электрический ток.
Назначение:
• Двигатель не работает. Подает электрический ток на источники света, радио и другие электрические системы.
• Двигатель заводится. Электрический ток от аккумулятора подается на свечи зажигания, чтобы запустить двигатель.
• Двигатель запущен. Аккумулятор действует как стабилизатор напряжения, когда генератор выдает напряжение больше требуемого. В случае, когда генератор не справляется с нагрузкой, аккумулятор восполняет недостаток напряжения и используется как альтернативный источник питания для электрических приборов.
Демо-пример курса от Учебного Центра auto3n:
Учебный центр Auto3N представляет курсы для обучения специалистов по продаже автозапчастей. Пройдите вебинары, тренинги и электронные курсы, и проверьте знания по тестам.
Устройство аккумулятора
Полярность
Аккумуляторы, произведенные в разных странах, отличаются по расположению положительных и отрицательных клемм. Если установить на автомобиль аккумулятор с обратным расположением клемм, то можно повредить батарею и электрические системы автомобиля.
Срок эксплуатации и циклы заряд-разряд.
Срок эксплуатации аккумулятора определяется количеством циклов заряд-разряд, а не временем. Единого срока эксплуатации аккумуляторов нет, производители указывают срок эксплуатации, исходя из технических характеристик конкретно этой модели аккумулятора. Этот показатель зависит от условий эксплуатаций: чем глубже разряжается батарея, тем меньше циклов возможно воспроизвести.
Характеристики циклов заряд-разряд приводятся до момента сохранения 60% изначальной емкости. Например, производитель приводит количество циклов 600 при 60% разряде. Значит, через 600 идеальных циклов заряд-разряд (т.е. при температуре 20С) полезная емкость аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.
Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов варьируется от 300 до 3000 циклов.
Рекомендуется не превышать степень обычного разряда аккумулятора более чем на 20-30%, а глубокого – на 70%.
Особенности работы аккумулятора в зимнее время.
При холостом режиме зимой, например, в пробке, аккумулятор быстро разряжается. Фары, вентиляторы, обогреватели стекол забирают больше тока, чем вырабатывает генератор. Поэтому на 30 минут в пробке нужно 20 минут езды, чтобы восстановить аккумулятор.
Признаки неисправной батареи:
• Преждевременное снижение уровня электролита. Означает, что пластины сульфатируются, и во время зарядки вода в электролите превращается в отдельные газы водорода и кислорода.
• Чрезмерная коррозия кабелей или соединений аккумуляторной батареи. Коррозия более вероятна, если батарея сульфатирована. Когда батарея заряжается, кислотные пары вытесняются из вентиляционных отверстий и оседают на кабелях аккумулятора, иногда на отсек под аккумулятором.
• Двигатель работает медленней нормального режима. Когда емкость батареи снижается из-за износа или повреждения, аккумулятор не может обеспечить необходимый ток для запуска двигателя, особенно в холодную погоду.
Причины поломок аккумуляторов:
1. Низкий уровень электролита. При низком уровне электролита сульфаты затвердевают и сопротивляются химическому действию. Уровень электролита снижается из-за утечек в корпусе, превышения мощности при зарядке или редкому сервису – редко доливали воду.
2. Вибрация. Аккумулятор удерживается на месте дополнительными креплениями, который предотвращает вибрацию. Чрезмерная вибрация ослабляет соединения, повреждает корпус и внутренние компоненты.
3. Полный цикл заряда-разряда. Не следует допускать полной разрядки аккумулятора. Повторяющиеся циклы полной разрядки и полной зарядки аккумулятора ведут к потери активных веществ с положительной пластины и снижает срок эксплуатации аккумулятора.
4. Коррозия. Пары электролита и конденсат от выделения газа из электролита приводит к коррозии выводов аккумулятора, клемм и соединений. Коррозия увеличивает электрическое сопротивление, создает утечку тока и снижает эффективность зарядки.
5. Чрезмерная зарядка. При чрезмерной зарядке образуются пузырьки газов и аккумулятор может «вскипеть». Газообразование снижает количество активных веществ в пластинах и способствует быстрому расходу воды. При это выделяется тепло, которое деформирует пластины.
6. Высокая температура. Тепло от чрезмерной зарядки или от двигателя уменьшает рабочий срок аккумулятора.