Меню Закрыть

Устройство и работа аккумуляторной батареи: Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора | Полезные статьи

Содержание

Назначение устройство и работа аккумуляторной батареи

Свинцово кислотные аккумуляторы — особенности

Свинцово-кислотный аккумулятор – один из самых надёжных АКБ, разработанный ещё в XIX веке, но до сих пор используемый во многих областях. В его основе лежит химическая реакция с переносом электронов от анода к катоду. Аккумулятор со временем портится при разрядке-подзарядке, так что данный процесс должен выполняться по всем правилам, чтобы продлить жизнь батареи.

Устройство и принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора

Данный тип стационарного АКБ довольно тяжёлый, так как состоит из плотно параллельно упакованных плёнок свинца и оксида свинца. И те и другие в аккумуляторе расположены очень густо. Свинцовые пластины тёмно-серого цвета с синим оттенком, оксидно-свинцовые – тёмно-коричневые с рыжим оттенком.

Обе пластины находятся в серной кислоте, из-за чего в названии АКБ есть соответствующее слово. При включении аккумулятора ток протекает от оксидно-свинцового катода к свинцовому аноду. При этом свинец выделяет электроны, которые оксид свинца принимает.

В результате изменения заряда двух пластин они вступают в реакцию с серной кислотой вокруг и превращаются в сульфаты свинца.

Pb + HSO4– => PbSO4 + H+ + 2e–

PbO2 + HSO4– + 3H+ + 2e– => PbSO4 + 2h3O

Пара пластин производит 2 вольта, поэтому, чтобы увеличить количество вольт, которое может дать аккумулятор, пластины соединяют параллельно во множество пар слоёв. Они упаковываются плотно в банку, чтобы уменьшить объём батареи. Но так как электроны должны передаваться через терминалы, то пары пластин разъединяются специальными изоляционными плёнками.

При этом аккумулятор может иметь либо высокую плотность энергии, либо мощности. То есть аккумулятор или сохраняет большое количество энергии и отдаёт её в течение длительного времени, или он отдаёт огромный заряд очень быстро. В автомобилях используется второй вариант, так как надо отдать более 400 ампер, чтобы завести двигатель.

При глубокой разрядке батареи на пластинах образуется налёт сульфата свинца. Именно из-за этого если посадить аккумулятор до нулевого заряда несколько раз, то можно просто уничтожить его. Сульфат свинца полностью покрывает поверхность пластин, после чего его уже невозможно будет зарядить.

Типы и особенности свинцово-кислотных АКБ

Идеальных аккумуляторов не существует, в инженерных конструкциях часто приходится жертвовать желаемыми характеристиками, чтобы получить необходимые параметры. Для каждой цели создан свой тип устройства.

В первую очередь АКБ делят на герметичные и негерметичные батареи. Вторые требуют постоянного контроля над уровнем электролита и состоянием катодов и анодов, могут работать лишь в определённых положениях. Аккумулятор герметичный свинцово-кислотный используется чаще, так как не нуждается в особом уходе.

КОНСУЛЬТАЦИЯ ЮРИСТА


УЗНАЙТЕ, КАК РЕШИТЬ ИМЕННО ВАШУ ПРОБЛЕМУ — ПОЗВОНИТЕ ПРЯМО СЕЙЧАС

8 800 350 84 37

Кроме того, все батареи можно разделить на следующие группы:

  • Стартерные. Выдают большое количество энергии за одно мгновение, из-за чего обладают большим саморазрядом. Отлично подходят для того, чтобы заводить автомобили. Требуют определённого обслуживания и вентиляции.
  • Буферные батареи. Предназначены для краткосрочного хранения небольшого количества энергии, работают в постоянном режиме подзарядки.
  • Аккумуляторы для бесперебойной аппаратуры. Устанавливаются в офисах для аварийного завершения работ.
  • Аккумуляторы длительного электроснабжения. Большие тяжёлые батареи, которые выдают достаточно много энергии длительное время. Используются в реанимационных отделениях на случай отключения электричества.
  • Гелевые аккумуляторы. Хорошо переносят циклы заряжения-разряжения. Благодаря этому могут использоваться в сильных морозах. Среди них отдельно можно выделить солнечные батареи, которые рассчитаны на многократные циклы.

Как достигается такая вариация характеристик свинцово-кислотных аккумуляторных батарей? Если требуется выдавать огромное количество энергии за короткое время, то пластины делаются тонкими, но высокими и широкими (больше по площади поверхности), а расстояние между ними уменьшается. Благодаря этому увеличивается соотношение поверхности и массы, в результате энергия отдаётся быстрее.

Кроме того, на свойства аккумулятора влияют характеристики электролита и другие параметры. Гелевые электролиты хуже реагируют со свинцовыми и оксидно-свинцовыми плитами, а также делают конструкцию защищённой от вытекания. Повышает срок эксплуатации использование свинцово-кальциевых сплавов.

Области применения свинцово-кислотных аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы используются повсеместно, так как свинец и его оксид отвечают наиболее важным требованиям:

  • элементы часто встречаются в природе и довольно легко добываются;
  • они в паре способны накапливать и отдавать энергию лучше, чем все другие элементы;
  • аккумуляторы из них просты и дешевы в производстве;
  • долгий срок службы, возможность многократной перезарядки;
  • простое обслуживание, что особенно характерно для герметичных конструкций.

Из-за этого батареи применяются в следующих областях:

  • сигнализационные системы;
  • стартёры в автомобилях;
  • системы пожарной безопасности;
  • системы аварийной подачи электроэнергии на телевидении, в реанимационных отделениях;
  • электрические весы и кассовые аппараты;
  • системы бесперебойного электроснабжения или аварийного отключения в компьютерной технике или их сетях;
  • детские игрушки;
  • в лёгких самолётах.

Тем не менее, имеются некоторые минусы:

  • аккумуляторы чувствительны с холоду;
  • отходы из них опасны для экологии;
  • количество циклов довольно ограничено;
  • есть лимиты у выдаваемой мощности.

Как правильно заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы

Принцип зарядки состоит в том, что нужно изменить направление тока. Из-за этого электролит и материя двух пластин восстанавливает свой прежний химический состав. Данный процесс именуется циклом, и он может быть многократным. Но чтобы не повредить и продлить срок службы батареи, надо знать, как правильно заряжать свинцово-кислотный аккумулятор.

Важно! Для процедуры потребуется источник тока и устройство, которым можно регулировать силу тока и напряжение.

Прежде всего, нужно знать параметры аккумулятора, которые можно посмотреть на самой коробке устройства. Производители часто указывают информацию на английском языке. Обозначается всё это следующим образом:

На английском На русском
12V 12 вольт
7.2Ah 7.2 ампер-часов

Также производитель может указывать напрямую, каким током можно заряжать аккумулятор:

На английском На русском
Standby use – 13.5-13,8V Если вы используете батарею, как резервный источник электричества – 13,5-13,8 вольт
Cycle use – 14.4V Если вы его применяете в качестве стартёра, то есть циклическое использование – 14.4 вольт
2.16A MAX При любой зарядке ток не должен превышать 2.16 ампера

А что если производитель не указал, каким током заряжать аккумулятор? В этом случае можно пользоваться простым правилом – напряжение не должно превышать 10% от его номинальной ёмкости. То есть если у батареи указан параметр 7.2Ah, то заряжать надо при 0.72A.

После того как разобрались с основными параметрами, нужно сделать прибор, которым можно зарядить аккумулятор. Для этого потребуется крепкая коробка (лучше пластиковая) с отверстиями для вентиляции, блок питания от ноутбука, плата для регулировки тока и напряжения.

Дополнительно можно встроить многооборотистые переменные резисторы для более тонкой настройки, а также вольтамперметр. Для зарядки автомобильных аккумуляторов потребуется понижающий преобразователь напряжения и более мощный блок питания.

Собрав конструкцию, можно переходить непосредственно к главной процедуре. Для начала на неподключенном к аккумулятору устройстве нужно выставить напряжение, которым надо заряжать АКБ. Далее необходимо убавить силу тока до минимума, в результате чего сразу же упадёт напряжение. После этого подключаем устройство к аккумулятору (плюс к плюсу, минус к минусу).

В этот момент вольтамперметр будет показывать напряжение, которое есть на батарее. Включаем устройство в розетку и поднимаем силу тока до необходимой величины (метод её расчёта описан выше). В этот момент возможно незначительное снижение напряжения, говорящее о том, что ток уходит на прогрев электролита и преодоление сопротивления аккумулятора. Это нормально.

К концу зарядки аккумулятора сила тока на вольтамперметре будет практически равна нулю.

Источник: http://3batareiki.ru/akkumulyatory/svintsovo-kislotnye-akkumulyatory-osobennosti

Устройство стартерных аккумуляторных батарей (АКБ)

Батарея в зависимости от требуемого напряжения содержит три или шесть последовательно соединенных аккумуляторов.

Стартерная свинцовая аккумуляторная батарея обычной конст­рукции с межэлементными перемычками над ячеичными крышками состоит из собранных в полублоки 2 к 3 положительных и отрицательных электродов (пластин), сепараторов 7, моноблока 12 (корпуса), крышек 7 с пробками 10, межэлементных перемычек 9, по­люсных выводов 11 и предохранительного щитка 5.

Рис. Стартерная аккумуляторная батарея обычной конструкции:
1 — сепаратор; 2, 3 — полублоки соответственно положительных и отрицательных электродов; 4 — баретка; 5 — предохранительный щиток; 6 — мостик; 7 — крышка; 8 — заливочное отверстие; 9 — межэлементная перемычка; 10 — пробка; 11 — по­люсный вывод; 12 — моноблок; 13 — опорная призма

Рис. Аккумуляторная батарея с общей крышкой:
1 — решетка; 2 — сепаратор; 3,4 — электроды соответственно положительный и от­рицательный; 5, 12 — полублоки соответственно отрицательных и положительных электродов; 6 — блок электродов с сепараторами; 7 — корпус моноблока; 8 — по­люсный вывод; 9 — обшая крышка; 10 — пробка; 11 — мостик с борном

Рис. Аккумуляторная батарея с сепараторами-конвертами:
1 — выступ моноблока: 2 — моноблок; 3 — электрод; 4 — крышка; 5 — пробка; 6 — планка; 7 — вывод; 8 — борн; 9 — мостик: 10 — перегородка; 11 — межэлементная перемычка; 12 — сепаратор-конверт

Аккумуляторная батарея с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой дана на рисунке. Положительные 3 и от­рицательные 4 электроды имеют решетку 1 с нанесенной на нее ак­тивной массой.

Для предохранения от коротких замыканий электро­ды разделены сепараторами 2. Положительные и отрицательные электроды соединены бареткой в полублоки 12 и 5. Полублоки объединяются в блоки, которые опускаются в секции моноблока и соеди­няются между собой межэлементными перемычками.

Источник: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/akkumulyator-generator-starter/akb/ustrojstvo-starterny-h-akkumulyatorny-h-batarej/

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:

  • Корпуса;
  • Крышки;
  • Отрицательных электродов;
  • Положительных электродов;
  • Положительной клемы;
  • Отрицательной клемы;
  • Соединительных перемычек;
  • Заливных пробок;
  • Электролита

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 (h3SO4) 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.

  • Гелевые электролиты

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.

  • СТ – обозначает что батарея стартерная.
  • 55 – обозначает ёмкость батареи, которая составляет 55 Ампер*час.

Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:

  • Тип ДВС;
  • Объём двигателя вашей машины;

Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:

  • Двигатели объёмом до 1,6 литра. Для них подходят АКБ 6СТ-45;
  • Двигатели объёмом от 1,6 до 2,5 литров. Для них подходит 6СТ-55;
  • Двигатели объёмом от 2,5 до 3 литров. Для них подходит 6СТ-60;
  • Двигатели объёмом от 3 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-75;
  • Двигатели объёмом более 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90.

Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:

  • Двигатели объёмом до 1,5 литра. Для них подходит 6СТ-55;
  • Двигатели объёмом от 1,5 до 2,0 литров. Для них подходит 6СТ-60;
  • Двигатели объёмом от 2-х до 2,7 литров. Для них подходит 6СТ-75;
  • Двигатели объёмом от 2,7 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90;
  • Двигатели объёмом от 3,5 до 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-132;
  • Двигатели объёмом более 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-192 и больше.

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

Видео удалено.

Видео (кликните для воспроизведения).

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.

  • Гелевые аккумуляторы

Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.

Гелевая АКБ

  • Литий-ионные аккумуляторы

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.

  • Во-первых, они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
  • Во-вторых, для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, что требует переделки электронной части генераторов.
  • Ну и самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта

  • Графен-полимерные аккумуляторы

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.


Источник: http://autovogdenie.ru/avtomobilnyj-akkumulyator-chto-eto-ustrojstvo-i-princip-raboty-akb.html

Устройство аккумулятора автомобиля

Для обеспечения электрическим током схем мобильных устройств и машин, применяются специальные изделия, способные аккумулировать энергию. Для того чтобы правильно эксплуатировать такие устройства, желательно ознакомиться с принципом работы батарей.

История развития АКБ

Первые электрические батарейки на основе солевого электролита были известны ещё в Древнем Багдаде, но новый толчок к развитию этой технологии был получен в начале XIX века.

История развития автомобильного аккумулятора началась значительно позже, ведь во времена Алессандро Вольта самоходные повозки ещё не были изобретены. Даже после появления автомобилей, в которых воспламенение горючей смеси осуществлялось за счёт искровой свечи, большой необходимости в использовании аккумуляторных батарей не было, ведь генерация высокого напряжения осуществлялось с помощью механического магнето. В те времена пуск двигателя осуществлялся вручную, а мощность моторов была не настолько велика, чтобы сопротивление сжатия газа в цилиндрах существенно препятствовала проворачиванию коленвала с помощью специальной рукоятки.

После изобретения звукового сигнала, фар, стеклоочистителей возникла необходимость в источнике тока, который обеспечил бы автомобиль электричеством в необходимом объёме. Первое время машины не имели генератора, поэтому заряжать источники питания приходилось от сети, но уже в 20-е годы прошлого столетия машина стала оснащаться генератором электрического тока, что позволило осуществлять зарядку батарей во время работы двигателя внутреннего сгорания.

С момента первой установки на машину конструкция АКБ практически не изменялась, но существенной модернизации подверглись материалы, из которых изготавливались аккумуляторы. Пластины первых батарей делали из чистого свинца, который очень быстро покрывался оксидным слоем, что существенно снижало эффективность работы устройства. В дальнейшем, для уменьшения негативных последствий решётки обрабатывались суриком, но большую распространённость получила технология, при которой для производства пластин использовался сурьмяно-свинцовый сплав. В современных батареях проблема окисления решёток решается добавлением в свинец легирующих компонентов. Сплавы свинца и кальция позволяют снизить интенсивность испарения воды, поэтому корпус таких аккумуляторов изготавливается полностью герметичным.

Для чего нужна аккумуляторная батарея

Основное назначение автомобильного аккумулятора – обеспечение электрическим током стартер. Это электрическое устройство приводится в движение, только посредством постоянного тока высокой мощности.

  • Осветительные приборы.
  • Звуковой сигнал.
  • Стеклоочистители.
  • Сигнализацию.
  • Дополнительное электрическое оборудование.

Наибольшая потребность в АКБ возникает во время стоянки, ведь в этот момент генератор не вырабатывает электрический ток, а вся нагрузка полностью ложится на плечи химического элемента питания. Также аккумулятор берёт на себя «обязанность» по обеспечению автомобиля электричеством в момент, когда обороты двигателя слишком малы, чтобы раскрутить якорь генератора до определённых значений.

Если автомобиль с двигателем внутреннего сгорания нуждается в АКБ только в момент запуска, а также при отключённом генераторе, то такая разновидность машин, как электромобили использует электродвижущую силу батареи в качестве основного энергоносителя.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Чтобы понять принцип работы аккумулятора автомобиля необходимо ознакомиться с устройством батареи. Автомобильный аккумулятор состоит из следующих элементов:

  • Корпуса.
  • Крышки.
  • Отрицательных и положительных пластин.
  • Сепараторов.
  • Клемм.
  • Электролита.

Если аккумулятор является обслуживаемым, то в крышке имеется 6 резьбовых пробок, которые открывают доступ к каждой банке батареи. Корпус современных изделий изготавливается из сверхпрочного пластика, крышка также делается из пластмассы, которая надёжно соединяется с основной коробкой методом пайки. Кроме корпуса, из кислотоустойчивой пластмассы изготавливаются сепараторы, которые устанавливаются между пластинами.

Разобравшись, из чего состоит автомобильный аккумулятор можно приступать к изучению механизма накопления электрического тока. Работа АКБ зависит от возможности протекания химической реакции между свинцовыми пластинами и электролитом.

Если известно из чего состоит АКБ, а также изучен принцип работы аккумулятора, то не составит большого труда разобраться в особенностях современных разновидностей таких изделий.

Типы современных АКБ

Устройство современного аккумулятора автомобиля отличается от источников тока, изготавливаемых в прошлом столетии, прежде всего, по наличию необслуживаемого корпуса. Практически все АКБ, предназначенные для легкового автотранспорта, выпускаются без пробок в верхней крышке. К такому технологическому решению удалось прийти только после того, как было снижено газообразование внутри корпуса батареи. Таким неоспоримым достоинством обладают АКБ следующих типов:

Гибридные АКБ представляют собой средние по качеству батареи. Отрицательные пластины таких аккумуляторов также изготавливаются по кальциевой технологии, а положительные – из сурьмянистого сплава. Гибридные изделия существенно дешевле кальциевых АКБ, а зарядный ток на их контакты можно подавать с использованием даже старых моделей ЗУ.

В гелевой батареи аккумуляторный электролит представляет собой желеобразную массу.

AGM- аккумуляторы представляют собой устройство, которое очень напоминает гелевую конструкцию АКБ. В корпусе из пластика находятся свинцовые пластины, которые погружены в ватоподобную стекловолоконную массу, которая пропитывается электропроводящим составом. Благодаря использованию такой технологии удаётся также добиться низких показателей испарения жидкости, а также устойчивости к механическому воздействию.

Литий-ионные аккумуляторы могут состоять только из ионов этого металла, поэтому при эксплуатации батарей значительно снижается вероятность их воспламенения даже под большой нагрузкой.

В современных щелочных аккумуляторах, также как и раньше, в качестве электролита используются едкий калий и едкий натрий. Достоинства таких батарей заключается в том, что в процессе эксплуатации не происходит снижения количества химических веществ внутри корпуса. Кроме этого, изделия имеют минимальный саморазряд и длительный срок эксплуатации. В различных самоходных установках такие модели АКБ применяются, в основном, в качестве тяговых аккумуляторов.

Принцип работы аккумулятора несложен, но разобраться в нём всё-таки стоит. Несмотря на то, что в необслуживаемую АКБ невозможно даже долить воды, знание особенностей процесса зарядки и разрядки, позволит не допустить серьёзных ошибок во время эксплуатации батареи.

Источник: http://3batareiki.ru/akkumulyatory/avtomobilnye-akkumulyatory/ustrojstvo-akkumulyatora-avtomobilya

Личный кабинет

Войти по e-mail или телефону
Войти через аккаунт в соцсети
Впервые пользуетесь сервисом?
  • Главная •
  • Статьи •
  • Устройство, назначение и функционал аккумулятора

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.

Основная функция аккумулятора – подавать электричество на свечи зажигания для запуска двигателя. Также он работает как стабилизатор напряжения и дополнительного источника питания для электрических приборов при выключенном двигателе. Количество электроэнергии, которую аккумулятор производит — ограничено.

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 20С) полезная емкость аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.

Для AGM аккумуляторов срок службы обычно указывается 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц — около 8.

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.

Источник: http://auto3n.ru/statii/826-ustroistvo-naznachenie-i-funkcional-akkumulyatora

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

Назначение и устройство автомобильных аккумуляторов

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.

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.

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).

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.

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.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://seite1.ru/zapchasti/akkumulyator-opisanienaznachenieustrojstvopriznaki-i-prichiny-neispravnostejfoto/.html

Назначение устройство и работа аккумуляторной батареи

Оценка 5 проголосовавших: 1

Профессионал в области гражданского права с 10 летним стажем.

Инструкция по эксплуатации тяговых аккумуляторных батарей

Обслуживание и уход за батареями.


Правила ухода за тяговой аккумуляторной батареей, рекомендованные всеми производителями ведущих марок АКБ.

В качестве примера рассмотрена классическая батарея немецкого концерна Hawker Gmbh — Perfect Plus. Ничего сложного в уходе за батареей нет. Необходимо лишь четко по инструкции и в определенные сроки производить ряд операций, которые позволят максимально долго работать приобретенной Вами батарее, а значит, — сэкономит Ваши средства.

Особые свойства свинцовых батарей:

  • Емкость 5-ти часовая, т.е. номинальная емкость может быть получена при разряде постоянным током в течение 5 часов до установленного конечного напряжения разряда 1,7 В/элемент при исходной температуре ЗО С.

  • Напряжение Номинальное напряжение одного аккумулятора составляет 2 В. Нормы номинального напряжения тяговых батарей: 24 В, 48 В, 72В, 80 В.

  • Рабочее напряжение одной тяговой батарей зависит от величины тока разряда, степени разряда и температуры. Установленное конечное напряжение разряда при 5-ти часовом разряде составляет 1,7 В/элемент.

  • Плотность электролита в полностью заряженном состоянии, при температуре ЗО С составляет 1,29 кг/л.

  • Стойкость и срок службы батарей. Под стойкостью понимается результат длительного испытания в лабораторных условиях, при которых батарея подвергается циклам заряд-разряд по точно определенной программе. Следует получить как минимум такое количество циклов, которое не приведет к снижению емкости ниже 80% от ее номинальной величины. Соответствующая методика изложена в DIN 43539, часть 3.

Действительный срок службы может быть больше или меньше чем стойкость, так как многочисленные факторы воздействия при эксплуатации ведут к нагрузкам, отличным от нагрузок в лабораторных условиях.

Факторы воздействия, ведущие к увеличению срока службы батареи:

  • безупречные уход и обслуживание

  • нормальная нагрузка

  • нормальные рабочие температуры (от 20 С до 40 С)

  • безупречные зарядные устройства

  • избегать глубоких разрядов

  • своевременное устранение неисправностей

Воздействия, ведущие к сокращению срока службы:

  • частые глубокие разряды, т.е. снятие более 80% номинальной емкости

  • повышенные рабочие температуры (> 40 С) в течение длительного времени

  • заряд недопустимо высоким током после достижения напряжения газообразования (2,4 В/элемент)

  • нахождение батареи в разряженном состоянии

  • наличие примеси, попавшей в электролит (например воды для долива, не соответствующей требованиям)

  • перегрузка или короткое замыкание

Обслуживание и уход за тяговыми батареями Общие правила эксплуатации:

  • Никогда не оставлять батарею в разряженном состоянии, а сразу провести повторный заряд.

  • Для достижения оптимального срока службы избегать разрядов более80% номинальной емкости; при этом плотность электролита не должна быть ниже 1,13 кг/л (300С).

  • Во избежание глубоких разрядов необходимо следить за разрядом аккумуляторов транспортных средств.

  • Рабочая температура должна соответствовать 20 С – 40 С.

  • Во избежание повреждений батареи нельзя превышать максимально допустимую температуру электролита 55 С.

  • Перед зарядом и при промежуточных зарядах необходимо обязательно снять или открыть крышку контейнера или закрывающее устройство батареи. Закрыть не ранее чем через 1/2 часа после окончания заряда.

  • Зарядные устройства должны соответствовать емкости батареи и требуемому времени заряда.

  • Для долива используется только дистиллированная вода согласно DIN 43530 часть 4, не следует доливать кислоту или применять добавки.

Заряд батареи (ежедневные работы):

  • Необходимо отключить батарею путем отсоединения штекера от розетки . удалить крышку батареи. При этом пробки остаются закрытыми.

  • Проверить уровень электролита на отметке «мин».

  • После этого необходимо измерить температуру электролита. При превышении 45 С — охладить.

  • Подключить штекер. При необходимости соединить систему перемешивания электролита (для штекеров без интегрированной системы вывода воздуха).

  • Включить зарядное устройство или проверить, включено ли устройство.

  • Начать процесс зарядки батареи.

  • После зарядки отключить зарядное устройство или проверить, отключено ли устройство, затем отсоединить батарею от зарядного устройства. При необходимости проверить конечные результаты.

  • При недостаточном заряде или после глубокого заряда провести уравнительный заряд.

Очистка (ежедневные работы):

  • Грязь и пыль, которые скапливаются на поверхности элементов во время работы, необходимо удалять в зависимости от потребностей и от эксплуатации батареи (ветошь, влажный пар от 100 С до 150 С, с помощью шланга с насадкой).

Долив воды (еженедельные работы):

  • Необходимо также вести контроль уровня электролита. По крайней мере, один раз в неделю. В том случае, если нет автоматического долива, сделать долив очищенной воды согласно DIN 43530 часть 4 в конце заряда.

  • После заряда необходимо проверить уровень электролита во всех элементах и дополнить его дистиллированной водой.

  • Необходимо также один раз в неделю проводить уравнительный заряд.

Напряжение, плотность и температура (ежемесячные работы):

  • Один раз в месяц необходимо провести работу по проверке всех элементов на равномерность выделения газа.

  • После окончания заряда или уравнительного заряда следует измерить плотность кислоты и температуру и выборочно внести в технологическую карту батареи отклонения от нормативных величин.

  • Если были установлены существенные различия между элементами, то такие элементы необходимо исследовать отдельно.

  • Также необходимо измерить напряжение, плотность и температуру элементов.

Работы, выполняемые каждое полугодие и каждый год: .

  • проверить правильность функционирования зарядного устройства, в первую очередь ток заряда в начале газовыделения (2,4 В/элемент) и в конце заряда.

  • проверить штекер и штекерное устройство.

  • исправить небольшие повреждения изоляции контейнера (нанесенный слой) сразу после удаления или нейтрализации следов кислоты (соблюдать рекомендации изготовителя).

  • следует измерить сопротивление изоляции батарей по отношению к массе в соответствии с DIN 43539 часть 1 при разомкнутой внешней электрической цепи.

  • измерить сопротивление изоляции: 50 Ом на каждый Вольт номинального напряжения.

  • почистить батарею при плохом со противлении изоляции.

Хранение

В случае, если в течение длительного периода не планируется эксплуатация батарей, их хранение должно производиться в полностью заряженном состоянии в сухом помещении при температуре выше 0 С.

Для поддержания эксплутационной готовности батареи следует использовать следующие зарядные режимы:

  1. Ежемесячный уравнительный заряд

  2. Поддерживающий заряд при зарядном напряжении 2,23 В х количество элементов (30 С)

Как избежать повреждений и несчастных случаев?

  • Во избежание повреждений, коротких замыканий, искр, не класть металлические предметы и инструменты на батареи.

  • Транспортировать батареи только посредством соответствующих подъемных устройствах (согласно VDE 3616).

  • При работе с батареями следует соблюдать соответствующие правила техники безопасности, а также DIN VDE 0510 и VDE 0105 часть 1.

Срок хранения

Следует учитывать влияние срока хранения на срок службы батареи. Следует помнить, что правильно выбранные подъемные устройства препятствуют деформированию корпуса батареи и защищают таким образом покрытие контейнера. Подъемные устройства должны соответствовать геометрии батареи.

Рекомендации для взрывоопасных батарей

Речь идет о батареях, которые эксплуатируются в зонах повышенной взрывоопасности. Крышки корпуса батареи во время заряда и последующего отвода газов должны быть открыты с тем, чтобы образующаяся взрывоопасная газовая смесь при достаточной вентиляции потеряла свою способность к возгоранию.

Аккумуляторная батарея: устройство, принцип работы, типы

Мы не представляем жизни без них. Они окружают нас повсюду. Лежат у людей в карманах, висят дома на стенах, установлены в каждом автомобиле и общественном транспорте, даже стационарные компьютеры не работают без них, не говоря уже о ноутбуках. Человечество в окружении этих элементов под названием аккумуляторы. Но несмотря на такое разнообразие источников энергии, единицы знают, как они устроены и как ими правильно пользоваться. В этой статье рассмотрены некоторые виды аккумуляторных батарей, применяемых в большинстве сферах человеческой жизни.

История

Впервые свет увидел аккумулятор в 1859 году. Изобретенный блестящим физиком и профессором имя которого Луи́ Гасто́н Планте́. Это имя широко известно в узких кругах. Человечество уже на протяжении 160 лет пользуется этим изобретением, которое серьезно облегчает жизнь каждого человека. Начиная от часов на руках и заканчивая сложными аппаратами поддерживающими жизнь в больницах.

С каждым годом электромобили сильнее заполняют улицы городов. Самый дорогой элемент такого транспорта — аккумуляторная батарея. Работали над созданием и усовершенствованием батарей ученые умы, такие как Томас Эдисон, Камилл Фор, Пейкер, и другие. Подобные исследования продолжаются по сегодняшний день.

Обзор автомобильных аккумуляторов

Сурьмянистый АКБ

Название «Сурьмянистый» происходит из того факта, что в этом источнике питания большое количество сурьмы (Sb) – это вещество, которое придает свинцу твердость. Устройство батареи основано на сплаве сурьмы со свинцом (5-15% Sb), из которого изготовляют пластины применяемые. Когда в АКБ напряжение достигает 12 В — происходит бурная активизация процесса электролиза благодаря сурьме. В процессе выделяются водород и кислород. При такой работе понижается уровень электролита из которого начинают выступать пластины электродов. Как результат — частая доливка воды в аккумулятор. Это устаревший вид батарей, который уже не применяют, кроме старой аппаратуры. Современные АКБ содержат сурьму, но в меньшем количестве.

Малосурьмянистые АКБ

Это аккумуляторы идентичные описанным выше, но содержащие меньше пяти процентов сурьмы. Это сделали для меньшего испарения вода, в результате – проблема частой доливки воды уходит. Еще было достигнуто уменьшение уровня саморазряда батареи при простоях. Данный вид батарей принято называть необслуживаемыми, но через полгода лучше проверять уровень дистиллированной воды, т.к. в ходе химической реакции она испаряется.

Важно! Клеммы аккумуляторов «плюс» и «минус» изготавливают разной толщины. Преследовалась цель не дать клиенту перепутать контакты местами и сделать «короткое замыкание» в электрике автомобиля.

Модернизация вызвала повышение уровня стабильности батареи при нестабильности в сети автомобиля.  Данный вид батареи по стабильности стоит на первом месте среди других АКБ.

Кальциевый АКБ

Устройство аккумулятора этого типа отличается тем, что сурьму заменили кальцием, что привело к еще меньшему испарению воды, которое стремится к нулю. Обозначение Са/Са на корпусе свидетельствует, что это кальциевый аккумулятор причем Са расположен в решетках как положительных так и отрицательных электродов. Если сравнить такой накопитель с сурьмянистым, то мы заметим, что саморазряд батареи с кальцием на семьдесят процентов понизился. Еще увеличилось напряжение с 12 вольт до 16.

Гелиевые АКБ

Гелиевые аккумуляторы разработали, чтобы уйти от опасности вытекания электролита, который токсичен для человека. При повреждении этого источника энергии химический состав не вытекает как в других АКБ из-за вязкой структуры электролита. Преимущества таких АКБ положение установки, их можно устанавливать под углом, но меру знать тоже нужно. Еще такие аккумуляторы лучше других выдерживают вибрацию и способны до полной разрядки выдавать большой ток. Гелиевые батареи не боятся полной разрядки и способны восстанавливаться. Такие накопители лучше ставить на исправную машину в плане стабильности бортовой электрики, такой как генератор и др.

Принцип работы свинцово-кислотного АКБ

Это распространенные источники энергии, применяемые для механических транспортных средств. В первую очередь используются для заводки автомобиля и питания всей бортовой электрики.

Как работает аккумулятор? Принцип выглядит следующим образом: в сосуд с серной кислотой помещены свинец и диоксид свинца. В спокойном состоянии процесс не протекает, но как только к электродам подключается нагрузки происходит электрохимический процесс взаимодействия серной кислоты с оксидом свинца, который окисляется до сульфата свинца. Больше 60 химический реакций протекает во время этого процесса.  Формула выглядит так:

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Литий-ионные батареи зарекомендовали себя на мировом рынке лучшие накопители для современной техники, такой как смартфоны, ноутбуки, электромобили и другие виды домашней и производственной техники. В 1991 году впервые была выпущена литий-ионная батарея.

Напряжение такого источника составляет 3.7 В, около 800 циклов разряда/заряда способна выдержать это изобретение. Саморазряд составляет 2% в месяц. Работать такие элементы способны на температуре от -20 °C до +60 °C.

Принцип действия основан на электрохимической реакции лития при внедрении в кристаллическую решетку других материалов с образованием химической связи. Еще основной особенностью таких батарей является то, что они почти на 100% без эффекта памяти. Для определения этого факта проводили множество экспериментов и определили, что эффект памяти есть, но он настолько незначительный, что принято считать его нулевым.

Формула: 

Совет! Для водителей, которые желают быстро запускать свой автомобиль на морозе. За несколько минут до запуска двигателя включите ближний свет фар или другой потребитель. При этих действиях батарея «просыпается» и приходит в рабочее состояние. Были проведены эксперименты и установлено, что этот метод работает на практике.

Отличие Li-Pol, щелочных аккумуляторов от Ni-Cd и Ni-Mh.

Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы

Данный вид аккумуляторов широко применяли несколько лет назад для различного инструмента. Такие источники в своей структуре содержат кадмий, который является тяжелым металлом и токсичен, но хорошо ведет себя на морозе и имеет не высокую стоимость.

Новые модели аккумуляторов раньше приходят в негодность, чем батареи выпущенные 20 лет назад. Но уровень технических характеристик присущий современным решениям намного выше, чем у их предшественников.

Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы

Такие батареи претерпели некоторые изменения по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми. Избавились от токсичных металлов, стали легче по весу и теперь можно не боятся причинить вред окружающей среде при ликвидации таких аккумуляторов. Еще удалось повысить энергоемкость и уменьшить эффект памяти.

Li-Pol Литий-полимерный аккумуляторы

Вид этих аккумуляторов — улучшенная модернизация литий-ионных. Электролит был заменен полимерными материалами. Такие батареи установлены в смартфонах, планшетах, ноутбуках, цифровой фототехнике и др. Особенность таких источников энергии состоит в форме изготовления, она может быть очень тонкой, что позволяет поместить батарею в любой корпус. Главное преимущество литий-полимерных элементов питания в том, что они не имеют эффекта памяти и энергоемкие.

Щелочные аккумуляторы.

Широкое применение щелочные аккумуляторы нашли в бытовой технике. Известные модели таких батарей — тип ААА и АА. Они установлены в:

  • детских игрушках
  • портативных приборах
  • карманных фонарях
  • фото, видео аппаратуре
  • аудио магнитофонах, плеерах и пр.

Щелочной электролит впервые нашел применение в химически активных источниках тока благодаря Вальдемару Джангнеру в 1899 году. С этого времени ученые разных стран вовлечены в разработку щелочных источников питания.

Принцип действия аккумуляторной батареи таков: при работе щелочного элемента происходит химическая реакция, при которой цинк окислившись выделяет гидроксид цинка, далее последний распадается на оксид цинка и воду. При этом происходит восстановление оксида марганца на катоде. Формула выглядит следующим образом:

Таблица сравнения 4-х видов АКБ
Вид аккумулятораNi-CdNi-MhЩелочные АКБLi-Pol
Работа при низких температурах+++
быстро теряет емкость
ЦенанизкаясредняясредняяВысокая
Быстрая зарядка+++
Кол-во циклов разряда-заряда1000300-5003001000-2000
Токсичность+
Эффект памяти+низкий+
Саморазрядка++

 

Обычный аккумулятор оказывается сложной и в то же время простой вещью, если разобраться с ней. Прежде чем выбрать для авто элемент питания, стоит изучить нюансы, которые в последствии могут сыграют весомую роль в вашей жизни.

https://www.youtube.com/watch?v=Ip-BMxu8tZA

Инструкции по эксплуатации аккумуляторных батарей

БАТАРЕЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ СВИНЦОВАЯ СТАРТЕРНАЯ

ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ

1. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

1.1. Не допускается замыкание полюсов батареи.
1.2. Не допускается эксплуатация батареи с плохими: контактами между выводами батареи и клеммами проводов.
1.3. В помещениях, где ведется заряд батареи, запрещается курить и пользоваться открытым пламенем.
1.4. При работе с электролитом, осмотре заряжающейся батареи глаза должны быть защищены очками.
1.5. После любой работы с батареей и электролитом необходимо вымыть руки с мылом.
1.6. При попадании электролита на кожу или одежду необходимо немедленно промыть это место проточной водой, затем раствором соды.
1.7. Аккумуляторная батарея, заполненная электролитом, должна храниться в местах, недоступных для детей.
1.8. Присоединение и отсоединение батареи от бортовой сети автомобиля производить при выключенных потребителях. Сначала присоединить положительный вывод, а затем отрицательный, соединенный с массой автомобиля. Отсоединение производить в обратном порядке.
1.9. Батарея должна быть надежно закреплена в штатном установочном месте автомобиля, соединительные клеммы плотно зажаты на полюсных выводах, а сами провода прослаблены.

2. ПОДГОТОВКА БАТАРЕИ К ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1. Перед началом эксплуатации батареи необходимо полностью удалить с нее упаковочный материал, изучить руководство по эксплуатации.
2.2. Ориентировочная степень заряженности батареи может быть определена по напряжению без нагрузки (см. Таблицу далее) и плотности электролита в батареях с пробками.
2.3. Необходимо учитывать, что после заряда или эксплуатации на автомобиле батарее требуется 12-15 часов для стабилизации электрических показателей, после чего можно производить измерение степени заряженности по напряжению.


3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

3.1. Эксплуатация батареи на транспортных средствах допускается только при исправной зарядной системе (при напряжении реле-регулятора в пределах от 13,8В до 14,4В для 12-вольтовых систем электропитания, а для 24-вольтовых систем электропитания- от 26,8В до 28,0В летом и от 28,0В до 29,6В зимой), токе утечки не более 30 мА, плотности электролита согласно Таблице и уровне электролита не ниже 10 мм над пластинами.
3.2. При запуске двигателя длительность работы стартера не должна превышать для карбюраторных автомобилей 10 секунд, для дизельных — 15 секунд. Если попытка запуска не удалась, необходимо сделать перерыв в течение 1 минуты. После этого вновь можно повторить запуск. После пяти неудавшихся запусков рекомендуется проверить систему зажигания и подачу топлива на автомобиле.
3.3. При эксплуатации батареи и не реже одного раза в месяц:
— проверяйте и, при необходимости, очищайте батарею от пыли и грязи. Если на поверхности батареи оказался электролит, удаляйте его с помощью ветоши, смоченной в десятипроцентном растворе соды;
— проверяйте и, при необходимости, прочищайте вентиляционные отверстия в пробках;
— проверяйте уровень электролита и, при необходимости, доливайте дистиллированную воду до нормального уровня (при наличии пробок). Доливать электролит в батарею с пробками можно только в тех случаях, когда точно известно, что понижение уровня электролита произошло за счет его выплескивания;
— проверяйте надежность крепления батареи в месте установки и контакты наконечников проводов, установленных на полюсные выводы;
— не реже одного раза в месяц проверяйте степень заряженности батареи. При необходимости зарядите батарею в соответствии с п.4.
3.4. Зимой требования предыдущего пункта следует выполнять обязательно (не реже одного раза в месяц).
3.5. Глубокий разряд батареи недопустим! При отрицательных температурах это приводит к замерзанию электролита и разрушению корпуса батареи.


4. ЗАРЯДКА БАТАРЕИ

4.1. Зарядка аккумуляторной батареи должна производиться в специально оборудованном для этих целей, хорошо вентилируемом нежилом помещении с соблюдением правил противопожарной безопасности.
4.2. Перед началом зарядки аккумуляторной батареи следует вывернуть все пробки (при их наличии).
4.3. Зарядка аккумуляторной батареи должна осуществляться зарядным устройством заводского изготовления в соответствии с инструкцией к этому зарядному устройству и руководством по эксплуатации на батарею.


Таблица: Степень заряженности, напряжение без нагрузки и плотность электролита.

Напряжение без нагрузки, В

Степень заряженности,%

Плотность электролита
при +25°С, г/см
12.75-12.60 100-80 1.27-1.26
12.55-12.40 75-65 1.25-1.24
12.35-12.30 50-40 1.23-1.21*

*- эксплуатировать батарею нельзя, требуется зарядить.

4.4. Аккумуляторные батареи без пробок необходимо заряжать автоматическим зарядным устройством, чтобы не допустить интенсивного перезаряда и, как следствие, выкипания электролита.
4.5. Температура электролита в батарее перед зарядкой должна быть в пределах от +15°С до +25°С. Если измерить температуру невозможно по причине отсутствия доступа к электролиту, а батарея находилась при более низкой температуре, то перед зарядкой необходимо выдержать батарею при комнатной температуре не менее 10 часов.
4.6. Не допускается зарядка батареи при температуре электролита выше 50°С.
4.7. Для зарядки положительную клемму батареи присоединить к положительному полюсу зарядного устройства, а отрицательную — к отрицательному.
4.8. При зарядке батарей, имеющих пробки, необходимо откорректировать уровень электролита, добавив дистиллированную воду в случае, если уровень ниже отметки MIN или ниже 10 мм от верхних кромок пластин и сепараторов.


5. ЭЛЕКТРОЛИТ

5.1. Плотность заливаемого в сухозаряженную батарею электролита, приведенная к +25°С, должна быть 1,27-1,28 г/см3.
6. ХРАНЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
6.1. Батарея устанавливается на хранение полностью заряженной. Рекомендуется ежемесячно проверять напряжение на выводах батареи и, при наличии пробок, плотность электролита. При снижении степени заряженности до 50% (см. Таблицу), батарею необходимо зарядить, эксплуатировать такую батарею нельзя.
6.2. При длительном (сезонном) хранении залитые и заряженные батареи рекомендуется хранить в сухом холодном помещении при температуре до минус 30°С.


7. УТИЛИЗАЦИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

7.1. Вышедшая из строя батарея подлежит обязательной сдаче в пункт приема отработанных аккумуляторов для последующей надлежащей утилизации.

Берегите окружающую среду! Не выбрасывайте отработанные батареи, сдавайте их в специализированные пункты приема.

ENERGON

Вакансия

Менеджер по работе с ключевыми клиентами (Key Account Manager), Новосибирск Pre-sale менеджер направления тяговые литиевые аккумуляторы, Москва Technical writer, Moscow Руководитель склада, Хабаровск Менеджер по закупкам, Москва Главный бухгалтер, Москва Аналитик департамента контроллинга, Москва Старший бизнес-аналитик, Москва Ассистент отдела ВЭД логистики, Москва Ведущий менеджер по персоналу, Москва Специалист по сертификации, Москва Заместитель главного бухгалтера на участок оптовая торговля, ВЭД (Бух.и Статистическая отчетность) Web-разработчик, Москва

Поле заполнено неверно

Техническое обслуживание аккумуляторной батареи

Срок службы аккумуляторной батареи при надлежащем уходе за ней составляет примерно 3-4 года, или 75 000-100 000 км пробега автомобиля. В некоторых случаях при малых годовых пробегах срок службы аккумуляторной батареи может увеличиться до 6 лет. Однако если не соблюдать правила эксплуатации и хранения, срок службы аккумуляторной батареи может составлять менее трех лет. Особенно сильно на снижение срока эксплуатации влияют загрязнение электролита, работа и хранение аккумуляторной батареи при низком уровне электролита и повышенной его температуре, нарушение режима заряда батареи на автомобиле, заливка электрода повышенной плотности. Вышеперечисленные причины приводят к следующим неисправностям: повышенному саморазряду, к короткому замыканию разноименных пластин, а также к сульфатации пластин. Кроме этого все эти неисправности приводят к снижению емкости батареи, падению ее напряжения и ЭДС под нагрузкой. Характерным признаком неисправности аккумуляторной батареи является замедленное вращение коленчатого вала стартером при запуске двигателя, а также ослабленный звуковой сигнал или тусклый свет фар. Кроме этого в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи происходит окисление полюсных штырей и наконечников проводов. Очень часто эта неисправность становится причиной нарушения нормальной работы стартера при запуске двигателя. Также в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи возможно появление трещин, которые приводят к протеканию электролита и определяются при визуальном осмотре. Однако необходимо помнить, что нарушение нормальной работы стартера может быть вызвано не только неисправностями аккумуляторной батареи, но также и неисправностью стартера и элементов системы пуска двигателя.

Повышенный саморазряд аккумуляторной батареи может являться следствием следующих причин: внутреннее короткое замыкание; загрязнение поверхности батареи; применение при доливке недистиллированной воды, которая содержит соли и щелочи; попадание внутрь аккумулятора частиц, которые способствуют образованию гальванических пар. Саморазряд батареи является неизбежным процессом, который возникает вследствие образования в активной массе пластин местных токов. Эти токи появляются за счет образования между окислами активной массы и решеткой пластин ЭДС. Кроме этого следует учитывать, что при длительном хранении происходит отслаивание электролита в аккумуляторе и плотность электролита в нижних слоях становится больше, чем в верхних. Это приводит к возникновению разности потенциалов и образованию уравнительных токов на поверхности пластин. В среднем саморазряд нормальной исправной аккумуляторной батареи при нормальных условиях эксплуатации и хранения составляет 0,2-0,3% в сутки.
Короткое замыкание разноименных пластин происходит из-за разрушения сепаратора, коробления пластин, а также в результате выпадения пластин из активной массы, что, в свою очередь, может произойти в результате частого перезаряда батареи на автомобиле и в результате повышенной вибрации из-за ослабления креплений. Короткое замыкание чаще всего сопровождается снижением емкости и напряжения аккумуляторной батареи, а также «кипением» в ней электролита. Если произошло короткое замыкание пластин внутри аккумуляторной батареи, то она подлежит замене.

Сульфатация пластин представляет собой образование на них крупнозернистого сернокислого свинца в виде белого налета. Основными причинами сульфатации являются: длительное хранение батареи без подзарядки; слишком большая плотность электролита; разряд батареи до величины ЭДС меньше 10,5 В; оголение пластин из-за понижения уровня электролита; длительная работа стартера при пуске двигателя. При образовании на пластинах налета значительно увеличивается сопротивление аккумуляторов. Кроме этого крупные кристаллы сульфата свинца могут закрыть поры активной массы, тем самым создавая препятствие проникновению электролита и формированию активной массы при заряде. Благодаря этому происходит уменьшение активной поверхности пластины и снижение емкости батареи. Признаками сульфатации пластин являются быстрое повышение напряжения и температуры электролита при заряде батареи, а также незначительное повышение его плотности; быстрая разрядка батареи при эксплуатации из-за малой емкости.
Незначительная степень сульфатации может быть устранена при помощи проведения восстановительного заряда батареи. При значительной степени сульфатации аккумуляторную батарею невозможно восстановить, и она должна быть заменена на новую.

Окисление полюсных штырей аккумуляторной батареи приводит к повышению сопротивления во внешней цепи, а также может привести к прекращению протекания электрического тока. Для устранения этой неисправности нужно снять со штырей клеммы, зачистить их до металлического блеска, а затем поставить их на исходное место. После зачистки наружные поверхности клемм нужно смазать тонким слоем технического вазелина ВТВ-1 или другой кислотостойкой консистентной смазкой.

Подтекание электролита через трещины в корпусе аккумуляторной батареи обнаруживается при визуальном осмотре. Трещины чаще всего появляются из-за неаккуратного демонтажа клемм проводов, а также в результате механических повреждений корпуса. Небольшие трещины можно заплавить полиэтиленом. При значительных повреждениях аккумуляторная батарея подлежит замене. При временной эксплуатации поврежденной батареи в неисправный отсек нужно периодически добавлять электролит.

Для обеспечения наибольшей полноты и наиболее продолжительного срока службы подзарядку аккумуляторной батареи рекомендуется производить с применением специальных зарядных устройств при постоянной величине зарядного тока 0,05 С20. Заряд батареи считается полным, если напряжение на ее концах остается постоянным в течение 2 часов, при этом в каждом аккумуляторе аккумуляторной батареи должно наблюдаться газовыделение — «кипение». Плотность электролита во всех аккумуляторах не должна отличаться более чем на 0,01 г/см3. Если разница в плотности электролита превышает допустимые значения, то ее необходимо откорректировать.

Для восстановления снизившейся в результате сульфатации или в результате загрязнения электролита емкости батареи проводят восстановительный цикл заряда-разряда батареи. Для этого из разряженной током батареи необходимо слить старый электролит, потом промыть ее дистиллированной водой. После этого в батарею заливают новый электролит пониженной плотности 1,1 г/см3 и заряжают малым током, равным 0,02 С20. После зарядки из батареи сливают электролит пониженной плотности и заливают электролит нормальной плотности, затем батарею полностью заряжают током 0,05 С20. Для полного слива электролита, а также при промывке батареи дистиллированной водой ее необходимо держать в перевернутом вниз отверстиями положении в течение 5-10 минут.

Такой восстановительный цикл рекомендуется совмещать с контрольным циклом заряда-разряда, изменяя при этом ее фактическую мощность. Эта процедура позволяет точно определить техническое состояние батареи, а также избежать излишней потери времени на проведение восстановительного заряда в том случае, если батарея окажется неисправной.

Во время зарядки аккумуляторной батареи происходит выделение вредных для человека газов, поэтому заряжать аккумулятор нужно в отдельном, хорошо проветриваемом помещении. Кроме этого при зарядке аккумуляторной батареи нельзя допускать вблизи нее появления огня или искр (например при проведении сварочных работ).

Аккумуляторная батарея должна содержаться в чистоте, поскольку загрязнение ее поверхности приводит к повышенному саморазряду. В процессе технического обслуживания следует протирать поверхность аккумуляторной батареи 10%-ным раствором нашатырного спирта или кальцинированной соды, после протирания батарею нужно вытереть сухой ветошью. В процессе заряда в результате химической реакции выделяются газы, которые сильно увеличивают давление внутри батареи. Поэтому необходимо своевременно прочищать тонкой проволокой вентиляционные отверстия в пробках. Кроме этого при работе батареи образуется гремучий газ, который представляет собой смесь кислорода и водорода, поэтому нельзя осматривать батарею вблизи источников огня.

Необходимо проверять уровень электролита, а также его плотность. Для более точного определения состояния и пригодности батареи к дальнейшему использованию необходимо производить ее полную проверку. Для длительного хранения аккумуляторную батарею нужно снять с автомобиля, полностью зарядить и хранить в сухом месте при температуре не выше 0 °С и не ниже -30 °С. Через каждые три месяца необходимо проверять заряд батареи и плотность электролита. При необходимости аккумуляторную батарею подзаряжают. При хранении батареи на автомобиле необходимо отсоединить провод от полюсного штыря. Не допускается замерзание электролита, поскольку оно приводит к появлению трещин в баке и выходу из строя аккумуляторов батареи.
При наличии на выводах аккумуляторной батареи зеленоватого или белого налета необходимо отсоединить клеммы, удалить налет влажной тряпкой, при помощи металлической щетки или шлифовальной шкурки зачистить контакты до металлического блеска и после установки клемм на исходное положение нанести на них тонкий слой смазки ВТВ-1 или другой кислотостойкой консистентной смазки. При снятии клемм не нужно прилагать больших усилий и наносить удары, так как это может привести к повреждению выводов и к появлению трещин на крышке батареи. Для того чтобы легко снять клемму, необходимо отпустить стяжной болт крепления и раздвинуть ее щечки при помощи отвертки.

Устройство аккумуляторной батареи

 На легковых машинах в качестве стартерных используются свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы. Строение аккумуляторных батарей постоянно меняется и становится лучше.

 Схема аккумуляторной батареи

 Строение каждого аккумулятора состоит из 6 последовательно соединенных аккумуляторов, объединенных в едином корпусе. Сам корпус делают из пропилена, который является стойким к кислоте и абсолютно не проводит ток. Отдельный аккумулятор объединяет чередующиеся электроды со знаками плюс и минус, покрытые слоем активной массы. Пластмассовый сепаратор изолирует пластины противоположной полярности.

 Электроды производят из свинцового сплава. В нынешних аккумуляторных батареях электроды «+» и «-«производятся из свинцово-кальциевого сплава. У такого типа АКБ низкий уровень саморазряда, и самый небольшой расход воды (1 г/Ач). Это дает возможность совсем не добавлять воду за время использования – это необслуживаемый аккумулятор.

 Редко можно встретить более недорогую конструкцию, так называемую гибридную аккумуляторную батарею. В ней  электроды со знаком»+» свинцово-сурмяные, а со знаком «-» – свинцово-кальциевые. В таких акб расходуется воды в 1,5-2 раза больше кальциевой батареи, но им также не нужно обслуживание.

 Чтобы увеличить стойкость электродов не подвергаться ржавчине в свинцово-кальциевый сплав может добавляться серебро и олово.

 Электроды выглядят в виде решетки. Технологии производства  электродов с разными полюсами различны. Решетка отрицательных электродов по технологии Expanded metal изготавливается путем просечки свинцового листа со следующей растяжкой.

 При изготовлении положительных электродов могут применять несколько технологий. Самая лучшая технология Power Frame. Каждый электрод Power Frame имеет специальную опорную раму и внутренние жилки особой направленности, в итоге получается высокая жесткость и самое малое линейное расширение. Самые несложные электроды, произведенные по технологии Power Pass и Chess Plate.

 Электроды помещены в специальный электролит, в качестве которого применяют раствор серной кислоты. У электролита особую плотность, которая меняется в зависимости от того насколько заряжен АКБ. В зависимости от физического состояния электролита разделяют два вида акб: с жидким электролитом и с пропитавшим специальный материал электролитом. На сегодняшний день, самые известные аккумуляторы используют с жидким электролитом. Новые системы автомобиля, такие как система стоп-старт, система особого рекуперативного торможения, предъявляют самые высокие требования к аккумулятору- повышенный пусковой ток, стойкость к значительному разряду, значительный срок службы. Этим требованиям отвечают аккумуляторы AGM (Absorbed Glass Material), в которых электролит остается в  материале с микропорами. Материал способен впитывать электролит. Данная технология повышает эффективность активной массы за счет улучшенного поглощения кислоты.

 В будущем аккумуляторы типа AGM и EFB на 100% заменят свинцово-кальциевые батареи с жидким электролитом. На данный момент они считаются дорогими АКБ.

 Зарядка аккумулятора сопровождается газообразованием. Отвод газов от АКБ проводится через систему вентиляции. Центральная система вентиляции объединяет каждый отдельно взятый аккумулятор в составе батареи с атмосферой. Герметичной она считается из-за предохранительных клапанов. Клапан устанавливается в пробке акб и начинает работать при определенном лишним давлении. Система названа Valve Regulated Lead Acid Battery или VRLA батарея. Кислород и водород, которые образуются при заряде, не выходят с аккумулятора, а работают между собой с образованием воды. Выходят они только при значительном напряжении заряда.

 Подключение аккумулятора к электрической сети производится через два свинцовых вывода. Вывод «+» всегда толще «-«, что исключает ошибку при включении батареи. Полярность (расположение) выводов делят на прямой или обратный. При прямой полярности плюсовой вывод батареи можно найти слева, при обратной полярности справа.

 Автомобильные аккумуляторы оборудуются специальным индикатором заряженности батареи, некоторым «глазком». Плотность электролита можно оценить по цвету «глазка» («зеленый» –заряженная батарея, «черный» – неполный заряд, «желтый» – невысокий уровень электролита).

 На автомобиле АКБ прочно закрепляются через специальное крепление, которая предупреждает повреждения и разлив электролита. Крепление бывает верхним и нижним. Для батарей в основной части или багажнике автомобиля предусматривается особый аварийный размыкатель автомобильной батареи.

 АКБ и зарядное устройство для него можно купить в магазинах «Интерком», заказать товар с доставкой можно в нашем интернет магазине. Приезжайте в наши магазины, делайте заявки и получайте товары с заводской гарантией.

Как работает аккумулятор — Любопытно

Представьте себе мир без батарей. Все те портативные устройства, от которых мы так зависим, были бы настолько ограничены! Мы сможем доставить наши ноутбуки и телефоны настолько далеко, насколько доступны их кабели, что сделает это новое работающее приложение, которое вы только что загрузили на свой телефон, практически бесполезным.

К счастью, у нас есть батарейки. Еще в 150 г. до н.э. в Месопотамии парфянская культура использовала устройство, известное как багдадская батарея, сделанное из медных и железных электродов с уксусом или лимонной кислотой.Археологи считают, что на самом деле это не батареи, а в основном они использовались для религиозных церемоний.

Изобретение батареи в том виде, в котором мы ее знаем, приписывают итальянскому ученому Алессандро Вольта, который собрал первую батарею, чтобы доказать свою точку зрения другому итальянскому ученому, Луиджи Гальвани. В 1780 году Гальвани показал, что лапки лягушек, подвешенных на железных или латунных крючках, подергиваются при прикосновении к зонду из другого металла. Он считал, что это было вызвано электричеством из тканей лягушек, и называл это «животным электричеством».

Луиджи Гальвани обнаружил, что лапы лягушек, подвешенных на латунных крючках, дергались, когда их ткнули зондом из другого металла. Он думал, что эта реакция была вызвана «животным электричеством» внутри лягушки. Источник изображения: Луиджи Гальвани / Wikimedia Commons.

Вольта, первоначально впечатленный открытиями Гальвани, пришел к выводу, что электрический ток исходит от двух разных типов металла (крючки, на которых висели лягушки, и другой металл зонда) и просто передается через них, а не через них. из тканей лягушек.Он экспериментировал со стопками слоев серебра и цинка, перемежаемых слоями ткани или бумаги, пропитанной соленой водой, и обнаружил, что электрический ток действительно протекает через провод, приложенный к обоим концам стопки.

Батарея Алессандро Вольта: куча цинковых и серебряных листов, перемежаемых тканью или бумагой, пропитанной соленой водой. Представьте, что вы используете это для питания вашего телефона. Источник изображения: Луиджи Кьеза / Wikimedia Commons.

Volta также обнаружил, что, используя различные металлы в свае, можно увеличить количество напряжения.Он описал свои открытия в письме Джозефу Бэнксу, тогдашнему президенту Лондонского королевского общества, в 1800 году. Это было довольно большое дело (Наполеон был весьма впечатлен!), И его изобретение принесло ему устойчивое признание в честь «вольта». ‘(мера электрического потенциала), названная в его честь.

Я сам, шутя в сторону, поражен тем, как мои старые и новые открытия … чистого и простого электричества, вызванного контактом металлов, могли вызвать такое волнение. Алессандро Вольта

Так что же именно происходило с этими слоями цинка и серебра и с дрожащими лягушачьими лапами?

Химия батареи

Батарея — это устройство, которое накапливает химическую энергию и преобразует ее в электричество.Это известно как электрохимия, а система, лежащая в основе батареи, называется электрохимическим элементом. Батарея может состоять из одного или нескольких (как в оригинальной кучке Вольты) электрохимических ячеек. Каждая электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, разделенных электролитом.

Итак, откуда электрохимический элемент получает электричество? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать, что такое электричество. Проще говоря, электричество — это тип энергии, производимый потоком электронов.В электрохимической ячейке электроны образуются в результате химической реакции, которая происходит на одном электроде (подробнее об электродах ниже!), А затем они перетекают на другой электрод, где расходуются. Чтобы понять это правильно, нам нужно внимательнее изучить компоненты клетки и то, как они устроены вместе.

Электроды

Чтобы создать поток электронов, вам нужно где-то, чтобы электроны текли с из , а где-то электроны текли с по .Это электроды ячейки. Электроны текут от одного электрода, называемого анодом (или отрицательным электродом), к другому электроду, называемому катодом (положительный электрод). Обычно это разные типы металлов или другие химические соединения.

В котле Вольта анодом служил цинк, от которого электроны текли по проволоке (при соединении) с серебром, которое было катодом батареи. Он сложил много этих ячеек вместе, чтобы получилась общая куча, и поднял напряжение.

Но откуда анод вообще берет все эти электроны? И почему они так счастливы, что их отправили в веселый путь к катоду? Все сводится к химии, происходящей внутри клетки.

Нам нужно понять несколько химических реакций. На аноде электрод вступает в реакцию с электролитом, в результате чего образуются электроны. Эти электроны накапливаются на аноде. Между тем, на катоде одновременно происходит другая химическая реакция, которая позволяет этому электроду принимать электроны.

Технический химический термин, обозначающий реакцию, которая включает обмен электронами, — это реакция восстановления-окисления, обычно называемая окислительно-восстановительной реакцией. Вся реакция может быть разделена на две половинные реакции, и в случае электрохимической ячейки одна полуреакция происходит на аноде, а другая — на катоде. Уменьшение — это усиление электронов, и это то, что происходит на катоде; мы говорим, что катод восстанавливается во время реакции. Окисление — это потеря электронов, поэтому мы говорим, что анод окисляется.

Каждая из этих реакций имеет определенный стандартный потенциал. Думайте об этой характеристике как о способности / эффективности реакции либо производить, либо поглощать электроны — ее силу в электронном перетягивании каната.

  • Стандартные потенциалы для полуреакций

    Ниже приведен список половинных реакций, которые включают высвобождение электронов из чистого элемента или химического соединения. Рядом с реакцией указано число (E 0 ), которое сравнивает силу электрохимического потенциала реакции с силой готовности водорода расстаться со своим электроном (если вы посмотрите вниз по списку, вы увидите, что водородная полуреакция имеет нулевое значение E 0 ).E 0 измеряется в вольтах.

    Причина, по которой этот список настолько интересен, заключается в том, что если вы выберете две реакции из списка и объедините их в электрохимическую ячейку, значения E 0 скажут вам, в каком направлении будет протекать общая реакция: реакция с более отрицательной реакцией. Значение E 0 отдает свои электроны другой реакции, и это определяет анод и катод вашей ячейки. Разница между двумя значениями E 0 говорит вам об электрохимическом потенциале вашей ячейки, который в основном представляет собой напряжение ячейки.

    Итак, если вы возьмете литий и фторид и сумеете объединить их, чтобы сделать элемент батареи, у вас будет самое высокое напряжение, теоретически достижимое для электрохимического элемента. Этот список также объясняет, почему в котле Вольта цинк был анодом, а серебро — катодом: полуреакция цинка имеет более низкое (более отрицательное) значение E 0 (-0,7618), чем полуреакция серебра (0,7996). .

    Источник: UC Davis ChemWiki

Любые два проводящих материала, которые вступают в реакцию с разными стандартными потенциалами, могут образовывать электрохимическую ячейку, потому что более сильный из них сможет забирать электроны у более слабого.Но идеальным выбором для анода был бы материал, который вызывает реакцию со значительно более низким (более отрицательным) стандартным потенциалом, чем материал, который вы выбираете для своего катода. В итоге мы получаем электроны, притягивающиеся к катоду от анода (и анод не очень сильно пытается бороться), и, когда у нас есть легкий путь, чтобы добраться туда — проводящий провод, мы можем использовать их энергию для обеспечения электрического питание нашего фонарика, телефона или чего-то еще.

Разница в стандартном потенциале между электродами как бы равна силе, с которой электроны перемещаются между двумя электродами.Это известно как общий электрохимический потенциал ячейки, и он определяет напряжение ячейки. Чем больше разница, тем больше электрохимический потенциал и выше напряжение.

Чтобы увеличить напряжение аккумулятора, у нас есть два варианта. Мы могли бы выбрать для наших электродов разные материалы, которые придадут ячейке больший электрохимический потенциал. Или мы можем сложить несколько ячеек вместе. Когда элементы объединяются определенным образом (последовательно), это оказывает аддитивное влияние на напряжение батареи.По сути, силу, с которой электроны движутся через батарею, можно рассматривать как общую силу, когда они движутся от анода первого элемента на всем пути, сколько бы ячеек ни содержала батарея, к катоду последнего элемента.

Когда элементы объединяются другим способом (параллельно), это увеличивает возможный ток батареи, который можно рассматривать как общее количество электронов, протекающих через элементы, но не ее напряжение.

Электролит

Но электроды — это всего лишь часть батареи.Помните обрывки бумаги Вольты, пропитанные соленой водой? Соленая вода была электролитом, еще одной важной частью картины. Электролит может быть жидкостью, гелем или твердым веществом, но он должен обеспечивать движение заряженных ионов.

Электронов имеют отрицательный заряд, и поскольку мы посылаем поток отрицательных электронов по нашей цепи, нам нужен способ уравновесить это движение заряда. Электролит обеспечивает среду, через которую могут протекать положительные ионы, уравновешивающие заряд.

Поскольку химическая реакция на аноде производит электроны, для поддержания баланса нейтрального заряда на электроде также производится соответствующее количество положительно заряженных ионов. Они не проходят по внешнему проводу (только для электронов!), А попадают в электролит.

В то же время катод должен также уравновешивать отрицательный заряд электронов, которые он принимает, поэтому реакция, которая здесь происходит, должна втягивать положительно заряженные ионы из электролита (альтернативно, он также может высвобождать отрицательно заряженные ионы из электрода в электролит. электролит).

Итак, в то время как внешний провод обеспечивает путь для потока отрицательно заряженных электронов, электролит обеспечивает путь для переноса положительно заряженных ионов, чтобы уравновесить отрицательный поток. Этот поток положительно заряженных ионов так же важен, как и электроны, обеспечивающие электрический ток во внешней цепи, которую мы используем для питания наших устройств. Роль балансировки заряда, которую они выполняют, необходима для поддержания протекания всей реакции.

Так вот, если бы все ионы, высвобожденные в электролит, могли полностью свободно перемещаться через электролит, они в конечном итоге покрыли бы поверхности электродов и забили бы всю систему.Таким образом, в клетке обычно есть какой-то барьер, чтобы этого не произошло.

При использовании батареи возникает ситуация, когда происходит непрерывный поток электронов (через внешнюю цепь) и положительно заряженных ионов (через электролит). Если этот непрерывный поток остановлен — если цепь разомкнута, например, когда ваш фонарик выключен — поток электронов остановлен. Заряды будут накапливаться, и химические реакции, приводящие в движение аккумулятор, прекратятся.

По мере того, как батарея используется и реакции на обоих электродах протекают, возникают новые химические продукты.Эти продукты реакции могут создавать своего рода сопротивление, которое может помешать продолжению реакции с такой же эффективностью. Когда это сопротивление становится слишком большим, реакция замедляется. Электронное перетягивание каната между катодом и анодом также теряет свою силу, и электроны перестают течь. Аккумулятор медленно разряжается.

Зарядка аккумулятора

Некоторые распространенные батареи предназначены только для одноразового использования (так называемые первичные или одноразовые батареи).Электроны перемещаются от анода к катоду в одну сторону. Либо их электроды истощаются по мере того, как они выделяют свои положительные или отрицательные ионы в электролит, либо накопление продуктов реакции на электродах препятствует продолжению реакции, и это делается и вытирается пыль. Батарея оказывается в мусорном ведре (или, надеюсь, на переработку, но это уже другая тема Nova).

Но. Изящная вещь в этом потоке ионов и электронов, который имеет место в некоторых типах батарей с соответствующими материалами электродов, заключается в том, что он также может двигаться в обратном направлении, возвращая нашу батарею в исходную точку и давая ей совершенно новую жизнь. .Подобно тому, как батареи изменили способ использования различных электрических устройств, аккумуляторные батареи еще больше изменили полезность этих устройств и их продолжительность жизни.

Когда мы подключаем почти разряженную батарею к внешнему источнику электричества и посылаем энергию обратно в батарею, происходит обратная химическая реакция, произошедшая во время разряда. Это отправляет положительные ионы, выпущенные из анода, в электролит, обратно к аноду, а электроны, которые катод принимает, также обратно к аноду.Возврат как положительных ионов, так и электронов обратно в анод подготавливает систему, так что она снова готова к работе: ваша батарея заряжена.

Однако процесс не идеален. Замена отрицательных и положительных ионов электролита обратно на соответствующий электрод при перезарядке батареи не такая аккуратная или хорошо структурированная, как электрод вначале. Каждый цикл зарядки еще больше ухудшает состояние электродов, а это означает, что батарея со временем теряет производительность, поэтому даже аккумуляторные батареи не работают вечно.

В течение нескольких циклов зарядки и разрядки форма кристаллов аккумулятора становится менее упорядоченной. Это усугубляется, когда аккумулятор разряжается / заряжается с высокой скоростью — например, если вы едете на электромобиле с большой скоростью, а не с постоянной скоростью. Высокоскоростное переключение приводит к тому, что кристаллическая структура становится более неупорядоченной, что приводит к менее эффективной батарее.

Эффект памяти и саморазряд

Почти, но не полностью обратимые реакции разряда и перезарядки также способствуют так называемому «эффекту памяти».Когда вы перезаряжаете некоторые типы аккумуляторных батарей, не разрядив их сначала, они «запоминают», где находились в предыдущих циклах разрядки, и не перезаряжаются должным образом.

В некоторых элементах это вызвано тем, как металл и электролит реагируют с образованием соли (и тем, как эта соль затем снова растворяется и металл заменяется на электродах при перезарядке). Мы хотим, чтобы наши клетки имели красивые, однородные, маленькие кристаллы соли, покрывающие идеальную металлическую поверхность, но это не то, что мы получаем в реальном мире! Некоторые кристаллы образуются очень сложно, а некоторые металлы откладываются во время перезарядки, поэтому некоторые типы батарей имеют больший эффект памяти, чем другие.Дефекты в основном зависят от первоначального состояния заряда батареи, температуры, напряжения заряда и тока зарядки. Со временем недостатки в одном цикле зарядки могут вызвать то же самое в следующем цикле зарядки и так далее, и наша батарея накапливает некоторые плохие воспоминания. Эффект памяти силен для некоторых типов элементов, таких как батареи на никелевой основе. Другие типы, такие как литий-ионные, не страдают этой проблемой.

Другой аспект аккумуляторных батарей заключается в том, что химический состав, который делает их перезаряжаемыми, также означает, что они имеют более высокую тенденцию к саморазряду.Это когда внутренние реакции происходят внутри аккумуляторного элемента, даже когда электроды не подключены через внешнюю цепь. Это приводит к тому, что клетка со временем теряет часть своей химической энергии. Высокая скорость саморазряда серьезно ограничивает срок службы аккумуляторов — и приводит к их разрядке во время хранения.

Литий-ионные аккумуляторы в наших мобильных телефонах имеют довольно хорошую скорость саморазряда около 2–3 процентов в месяц, и наши свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы также довольно разумны — они, как правило, теряют 4–6 процентов. месяц.Никелевые батареи теряют около 10–15 процентов своего заряда в месяц, что не очень хорошо, если вы планируете хранить фонарик в течение всего сезона, когда он вам не нужен! Неперезаряжаемая щелочная батарея теряет около 2–3% своего заряда в год.

Напряжение, ток, мощность, емкость… в чем разница?

Все эти слова в основном описывают мощность батареи, не так ли? Ну вроде как.Но все они несколько разные.

Напряжение = сила, при которой реакция, приводящая в движение аккумулятор, проталкивает электроны через элемент. Это также известно как электрический потенциал и зависит от разницы потенциалов между реакциями, которые происходят на каждом из электродов, то есть от того, насколько сильно катод будет оттягивать электроны (через цепь) от анода. Чем выше напряжение, тем больше работы может совершить то же количество электронов.

Ток = количество электронов, которые проходят через любую точку цепи в данный момент времени.Чем выше ток, тем больше работы он может выполнять при том же напряжении. Внутри ячейки ток можно также рассматривать как количество ионов, проходящих через электролит, умноженное на заряд этих ионов.

Мощность = напряжение x ток. Чем выше мощность, тем быстрее батарея может работать — это соотношение показывает, как напряжение и ток важны для определения того, для чего подходит батарея.

Емкость = мощность батареи как функция времени, которая используется для описания продолжительности времени, в течение которого батарея может обеспечивать питание устройства.Аккумулятор большой емкости сможет проработать более длительный период, прежде чем разрядится / разрядится. У некоторых батарей есть небольшая печальная особенность: если вы слишком быстро попытаетесь извлечь из них слишком много энергии, химические реакции не успеют поспеть, и емкость станет меньше! Итак, мы всегда должны быть осторожны, когда говорим о емкости батареи, и помнить, для чего она будет использоваться.

Еще один популярный термин — «плотность энергии». Это количество энергии, которое устройство может удерживать на единицу объема, другими словами, сколько энергии вы получите за свои деньги с точки зрения мощности по сравнению сразмер. С батареей, как правило, чем выше плотность энергии, тем лучше, так как это означает, что батарея может быть меньше и компактнее, что всегда является плюсом, когда вам нужно заряжать то, что вы хотите держать в кармане. Для электромобилей это даже плюс — аккумулятор должен как-то влезать в машину!

Для некоторых приложений, таких как хранение электроэнергии на возобновляемых электростанциях, таких как ветряная или солнечная ферма, высокая плотность энергии не является большой проблемой, поскольку в них, скорее всего, будет достаточно места для хранения батарей.Основная цель такого использования — просто хранить как можно больше электроэнергии, как можно безопаснее и дешевле.

Почему так много типов?

Ряд материалов (раньше это были просто металлы) могут использоваться в качестве электродов в батарее. За прошедшие годы было опробовано множество различных комбинаций, но лишь немногие из них действительно прошли дистанцию.Но зачем вообще использовать разные комбинации металлов? Если у вас есть пара металлов, которые хорошо работают вместе в качестве электродов, зачем возиться с другими?

Различные материалы имеют разные электрохимические свойства, поэтому они дают разные результаты, когда вы соединяете их в аккумуляторном элементе. Например, некоторые комбинации будут производить высокое напряжение очень быстро, но затем быстро падают, не в состоянии поддерживать это напряжение в течение длительного времени. Это хорошо, если вам нужно произвести, скажем, внезапную вспышку света, такую ​​как вспышка фотоаппарата.

Другие комбинации будут производить только тонкую струйку тока, но они будут поддерживать эту струю на века. Например, нам не нужен большой ток для питания детектора дыма, но мы хотим, чтобы наши детекторы дыма работали долгое время.

Еще одна причина для использования различных комбинаций металлов заключается в том, что часто два или более аккумуляторных элемента необходимо уложить в стопку для получения необходимого напряжения, и оказывается, что некоторые комбинации электродов складываются вместе намного удобнее, чем другие комбинации.Например, литий-железо-фосфатные батареи (тип литий-ионных аккумуляторов), используемые в электромобилях, складываются вместе для создания систем высокого напряжения (100 или даже более вольт), но вы никогда не сделаете этого с теми батареями NiCad Walkman, которые имеют горячий!

Наши различные потребности с течением времени привели к разработке огромного количества типов батарей. Чтобы узнать больше о них и о том, что ждет аккумулятор в будущем, ознакомьтесь с другими нашими темами о Nova.

Эта тема является частью нашей серии из четырех статей об аккумуляторах.Для дальнейшего чтения ознакомьтесь с типами аккумуляторов, литий-ионных аккумуляторов и аккумуляторов будущего.

Проблема с зарядкой: как работают аккумуляторы в телефоне — и почему некоторые взрываются | Смартфоны

Срок службы батареи — взрывоопасная проблема. Буквально, как Samsung с тревогой обнаруживает. Смартфон Galaxy Note 7 компании после выпуска получил высокую оценку за лучшее в своем классе время автономной работы, намного превосходящий своего основного конкурента, iPhone 6S и 7 Plus. Потом он начал взрываться. Samsung выпустила программу отзыва и замены, и запасные части также начали быстро расти, что вынудило компанию полностью приостановить производство.

Это событие стало очередным препятствием в долгой борьбе за улучшение батарей, питающих нашу электронику. В то время как скорость обработки данных удваивается примерно каждые 18 месяцев, емкость аккумулятора увеличивается в той же степени почти за десять лет. Этот пробел начинает вызывать проблемы, но, как выяснила компания Samsung, его стоимость исправить непросто.

Смартфона часто хватает менее суток, ноутбука — всего несколько часов, а электромобиль изо всех сил пытается проехать 350 миль. Так почему же время автономной работы все еще остается такой проблемой — и когда мы собираемся это исправить?

Что такое аккумулятор?

Внутри этого пластикового и металлического корпуса находится небольшая коробочка с химическими веществами, готовыми вступить в реакцию и создать электричество.Фотография: BitchBuzz / Flickr

Батареи — это небольшие емкости с химической энергией. Когда смартфон подключен к сети, электричество используется для сброса химической реакции в батарее, переносящей электроны с отрицательного анода на катод — положительный конец батареи.

После зарядки аккумулятор может вырабатывать электричество, направляя электроны через цепь, в данном случае смартфон, к аноду, и будет продолжать делать это до тех пор, пока все электроны, содержащиеся в аккумуляторе, не перейдут на анод или встроенный -в выключателе отключает аккумулятор.

Из чего сделан аккумулятор?

Внутри типичной батареи есть анод, катод и электролит — то, через что проходят положительные ионы.

Литий-ионные батареи, используемые в большинстве смартфонов и электроники, имеют катод из оксида металла, состоящий из смеси кобальта, никеля, марганца или железа, анод из пористого графита, который удерживает ионы лития внутри, и электролит из литиевой соли.

Положительно заряженные ионы лития проходят через электролит от анода к катоду, перемещая электроны через смартфон по мере необходимости и обратно к аноду.

Почему этого недостаточно?

Значок низкого заряда батареи на Nokia Lumia 800 в кармане джинсов. Фотография: Martin Abegglen / Flickr

Принцип работы батареи может быть простым, но химия и технология, обеспечивающие ее работу, — нет. Основным ограничивающим фактором для батарей является их удельная энергия.

Батарея может вырабатывать столько электричества, сколько ее химические компоненты могут накапливать. Все, что не является активным материалом внутри батареи, фактически является мертвым грузом, включая корпус, микросхемы контроллера, провода для отвода тока — все они добавляют вес, но не усиливают.

Типичный литий-ионный аккумулятор в смартфоне имеет плотность энергии около 150 ватт-часов на килограмм (Втч / кг). Хотя плотность энергии литий-ионных аккумуляторов улучшилась с момента их появления в начале 1990-х годов, она сдерживается их конструкцией и химическим составом.

Единственный способ немедленно увеличить время автономной работы смартфона с помощью современных технологий — это повысить энергоэффективность электроники смартфона и увеличить размер аккумулятора, но для более тонких и тонких смартфонов требуются все более тонкие и тонкие аккумуляторы.

Почему сокращается срок службы батареи?

Полностью заряжен, или нет? Со временем аккумулятор не может накапливать столько энергии, как новый. Фотография: Bastian Greshake / Flickr

Срок службы батареи не остается постоянным на протяжении всего срока службы смартфона — он медленно уменьшается с течением времени по мере того, как батарея разряжается и заряжается.

Это связано с тем, что химическая реакция, которая производит электричество, вызывает осаждение тонких слоев лития на электродах, что уменьшает количество, доступное для выработки электричества, и увеличивает внутреннее сопротивление батареи.

Чем выше сопротивление, тем тяжелее батарея должна работать, чтобы поддерживать полезное напряжение, и поэтому количество энергии, которое она может производить за один заряд, уменьшается. Возможно, вы помните этот отрывок из школы:

Напряжение = Ток x Сопротивление (В = ИК)

Почему некоторые батареи взрываются?

Батарея вылетает из корпуса 17-дюймовой батареи MacBook Pro из-за набухания. Фотография: J Aaron Farr / Flickr

Батареи с гораздо более высокой плотностью энергии, чем литиевые элементы, уже доступны, но они недостаточно безопасны для использования в портативной электронике.

«Чем больше энергии вы вложите в коробку, тем опаснее она будет», — говорит доктор Билли Ву, преподаватель Лондонской школы дизайна Дайсона Имперского колледжа. «Безопасность является ключевым моментом, а управление температурным режимом имеет решающее значение. Если батарея нагревается выше 80 ° C, происходит так называемый тепловой разгон, когда компоненты начинают разлагаться, и вот тогда она может взорваться ».

Конкретная причина проблем Samsung с взрывающимися батареями неизвестна, компания просто ссылается на «проблему с аккумуляторными элементами».

Что будет дальше?

Мы пока остановились на перезаряжаемой литий-ионной батарее. Фотография: Razor512 / Flickr

В ближайшем будущем развитие аккумуляторов будет происходить за счет приближения существующих литий-ионных технологий к их теоретическим пределам, что увеличит удельную мощность аккумуляторов.

Типичная литий-ионная батарея, в которой используется оксид лития-марганца, имеет теоретическую плотность мощности 280 Втч / кг, но конечный продукт имеет только 150 Втч / кг, поэтому, безусловно, есть возможности для улучшения.

«Речь идет об оптимизации конструкции внутри батареи, — говорит Ву. «Если вы представите себе, что внутри вашей батареи, у вас есть пористая структура, полная активного материала».

«Для более высокой выходной мощности вам нужна более пористая структура, чтобы увеличить площадь поверхности и пропустить больше ионов лития за один раз, но поскольку в ней больше отверстий, она удерживает меньше активного материала, что, в свою очередь, дает вам меньшую емкость. ”

Новые усовершенствованные химические составы батарей, такие как литий-сера и литий-кремний, также разрабатываются компаниями по всей Великобритании.

Какое будущее у аккумуляторных технологий?

На комбинированной фотографии показан Samsung Note 7, взрывающийся от давления на полностью заряженную батарею во время испытаний в лаборатории батарей Applied Energy Hub в Сингапуре, 6 октября. Фотография: Эдгар Су / Reuters

Твердотельные батареи — одно из возможных направлений будущего, в котором жидкий электролит в батарее будет заменен твердым веществом, что обеспечит значительное повышение безопасности.

«Основное преимущество твердотельных батарей состоит в том, что вы можете вернуться к использованию лития в качестве материала анода, который имеет действительно хорошую мощность и плотность энергии, но небезопасен с жидкими электролитами», — объясняет Ву.

Твердотельные батареи устраняют необходимость в пористом угольном аноде и, следовательно, снимают с батареи большую часть веса, которая не способствует выработке энергии.

Металлические воздушные батареи, использующие цинк, литий или алюминий, также не за горами, но, по словам Ву, они будут доступны через 20 лет до их коммерческого применения.

Что я могу сделать, чтобы аккумулятор прослужил дольше?

Знакомое зрелище для любого, у кого есть смартфон, планшет или компьютер. Фотография: Сэмюэл Гиббс / The Guardian

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы продлить срок службы батареи.Характер химической реакции внутри аккумулятора означает, что он должен работать интенсивнее в последние 20% разряда и более 80% заряда.

Содержание литий-ионного аккумулятора примерно между 80% и 20% заряда поможет ему дольше сохранять большую часть своей емкости. В настоящее время разрабатываются интеллектуальные системы управления питанием, которые делают это при подключении к стене на ночь.

Батареи никогда не следует оставлять постоянно подключенными, что особенно актуально для ноутбуков.Они поддерживаются в лучшем рабочем состоянии, если их время от времени разряжать и заряжать. Раз в месяц надо это делать.

Как аккумуляторы накапливают и разряжают электричество?

Кеннет Бакл, приглашенный научный сотрудник Центра исследований интегрированного производства при Рочестерском технологическом институте, дает это объяснение.

Этот вопрос, который кажется простым и прямым, на самом деле наполнен тонкостью и сложностью. Во-первых, необходимо установить определение батареи.Существует множество химических и механических устройств, которые называются батареями, хотя они работают на разных физических принципах. Батарея для целей этого объяснения будет устройством, которое может накапливать энергию в химической форме и преобразовывать эту накопленную химическую энергию в электрическую, когда это необходимо. Это самые распространенные аккумуляторы, имеющие привычную цилиндрическую форму. Нет батарей, которые действительно хранят электрическую энергию; все батареи хранят энергию в какой-то другой форме.Даже в рамках этого ограничительного определения существует множество возможных химических комбинаций, которые могут накапливать электрическую энергию — список слишком длинный, чтобы вдаваться в его краткое объяснение.

Существует два основных типа химических аккумуляторных батарей: перезаряжаемые, или вторичные, и неперезаряжаемые, или первичные. С точки зрения хранения энергии или разряда электричества они похожи, это просто вопрос того, допускают ли задействованные химические процессы многократную зарядку и разрядку.

Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо также различать гальванический элемент и батарею, как я это определил. Первый — это основная единица электрохимического накопления и разряда. Батарея состоит, по крайней мере, из одной, но, возможно, из множества таких элементов, соединенных соответствующим образом. Поскольку фактическое действие накопления и разряда происходит в ячейке, этот ответ будет сосредоточен на том, что происходит на этом уровне.

Все электрохимические ячейки состоят из двух электродов, разделенных некоторым расстоянием.Пространство между электродами заполнено электролитом — ионной жидкостью, проводящей электричество. Один электрод — анод — позволяет электронам выходить из него. Другой — катод — их принимает. Энергия накапливается в определенных соединениях, составляющих анод, катод и электролит — например, цинке, меди и SO 4 соответственно.

Если предположить, что батарея приобрела свое заряженное состояние в результате перезарядки или производства, совокупный эффект химических реакций, происходящих между анодом и катодом, приводит к разряду электричества.Анод подвергается так называемой реакции окисления: во время разряда два или более иона электролита объединяются с анодом, образуя соединение и высвобождая один или несколько электронов. Одновременно катод подвергается реакции восстановления, в которой материал, из которого сделан катод, ионы и свободные электроны объединяются с образованием соединений.

Проще говоря, химическая реакция на аноде высвобождает электроны, а реакция на катоде их поглощает. Когда электрический путь, обеспечиваемый электролитом и внешней электрической цепью, соединяет анод и катод, две одновременные реакции протекают, и электроны, освобожденные на аноде, проходят через внешнее электрическое соединение и химически реагируют на катоде, заставляя элемент функционировать.Ячейка может продолжать разряжаться до тех пор, пока на одном или обоих электродах не закончатся реагенты для соответствующих реакций. В первичной ячейке это означает конец ее срока службы, а во вторичной — это просто время для подзарядки. Для вторичных элементов процесс перезарядки является обратным процессу разряда. Внешний источник постоянного электрического тока подает электроны к аноду и отводит их от катода, заставляя химические реакции происходить в обратном направлении до тех пор, пока элемент не перезарядится.

Вышеупомянутое представляет собой упрощенное объяснение того, как электрохимическая энергия, накопленная в элементе, удаляется в виде электрической энергии в процессе разряда и восстанавливается в процессе перезарядки вторичного элемента. Одновременно происходит гораздо больше электрохимических и тепловых процессов, и для большинства практичных комбинаций элементов, упакованных в виде батарей, невозможно полностью охарактеризовать все процессы. Следовательно, это приближение первичных реакций является лишь кратким объяснением того, что на самом деле происходит, хотя оно должно служить для иллюстрации основных принципов в действии.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные батареи чрезвычайно популярны и универсальны. Эти перезаряжаемые батареи, которые используются в сотовых телефонах, автомобилях, электроинструментах и ​​некоторых других типах электронных устройств, также оказывают влияние на оборудование для погрузочно-разгрузочных работ и наземного обслуживания аэропортов.

Технология, лежащая в основе литий-ионных аккумуляторов, делает их отличным выбором из-за их явных преимуществ и экологических преимуществ.

Но как именно работают литий-ионные аккумуляторы? И что делает их такими популярными во многих приложениях?

Вот что вам нужно знать о компонентах, из которых состоит литий-ионный аккумулятор, и о том, как они работают вместе для создания высокоэффективных и долговечных источников энергии.

Компоненты

Литий-ионные батареи

доступны во многих различных формах и размерах. Однако внутри они обычно выглядят одинаково. Чтобы понять, как работает литий-ионный аккумулятор, важно знать роль, которую играют отдельные части.

The Cell

Литий-ионный аккумулятор состоит из нескольких частей. Элемент, служащий рабочей лошадкой для батареи, является наиболее важным компонентом батареи.

Элемент состоит из следующих материалов батареи:

  • Электроды — это два конца батареи. Один — анод, другой — катод.
  • Анод накапливает литий и обычно изготавливается из углерода.
  • Катод также накапливает литий и сделан из химического соединения, которое представляет собой оксид металла.
  • Сепаратор блокирует поток отрицательных и положительных электронов внутри батареи, но позволяет ионам проходить через нее.
  • Электролит , жидкость находится между двумя электродами. Он переносит положительно заряженные ионы лития от анода к катоду и наоборот, в зависимости от того, заряжается батарея или разряжается.
Аккумулятор

Аккумулятор, в котором находятся литий-ионные элементы, работает как компьютер. Он содержит следующее:

  • Как минимум один датчик температуры для контроля температуры батареи.
  • Преобразователь напряжения и схема регулятора , которая фокусируется на поддержании напряжения и тока на безопасных уровнях.
  • Разъем евро, позволяющий подавать питание и информацию из аккумуляторной батареи.
  • Элемент отвод , который контролирует напряжения элементов в аккумуляторной батарее.
  • A Система мониторинга батареи , небольшой компьютер, который контролирует всю батарею и обеспечивает безопасность пользователя.
Движение в камере

Так как же ячейка обеспечивает питание оборудования?

Когда вы подключаете литий-ионную батарею к устройству или части оборудования, положительно заряженные ионы перемещаются от анода к катоду.В результате катод становится более положительно заряженным, чем анод. Это, в свою очередь, притягивает к катоду отрицательно заряженные электроны.

Сепаратор в ячейке включает электролиты, которые образуют катализатор. Это способствует перемещению ионов между ними. Движение ионов через раствор электролита — это то, что заставляет электроны перемещаться через устройство, в которое вставлен аккумулятор.

Литий-ионные батареи

перезаряжаемые. При перезарядке ионы лития проходят тот же процесс, но в противоположном направлении.Это восстанавливает аккумулятор для дополнительного использования.

Общая конструкция литий-ионной батареи обеспечивает множество преимуществ для пользователей оборудования:

  • Время работы значительно увеличивается с их использованием по сравнению с батареями других типов.
  • Возможности быстрой зарядки сокращают время простоя сменных рабочих и повышают производительность.
  • Они имеют плоские кривые нагнетания и обеспечивают более высокую постоянную мощность. Это означает, что больше не будет раздражающей медлительности в работе оборудования при снижении уровня заряда аккумулятора.
Система управления батареями (BMS)

Система управления играет важную роль в обеспечении максимальной работы аккумуляторной батареи. Это также влияет на работу аккумулятора, предлагая несколько функций защиты и защиты.

Например:

  • BMS поддерживает температуру ячеек в идеальном рабочем диапазоне, чтобы предотвратить перегрев или замерзание.
  • BMS контролирует ток и напряжение, чтобы поддерживать их на безопасном уровне.Дендриты начинают формироваться в ячейке, если напряжение падает слишком низко, что может привести к короткому замыканию ячейки, поэтому важно, чтобы литий-ионный аккумулятор имел систему, позволяющую контролировать это.
  • В аккумуляторе нет встроенной «памяти», поэтому частичные разряды не повреждают аккумулятор. Литий-ионные батареи могут заряжаться и разряжаться в наиболее удобное для операторов время.
  • Встроенные контроллеры предотвращают перезарядку, чтобы предотвратить образование, которое может привести к значительному повреждению литий-ионных аккумуляторов.
  • Балансировка ячеек контролируется, поэтому выравнивающие заряды никогда не требуются. Поскольку литий-ионные батареи не нуждаются в уравнительном заряде, они не выделяют опасные газы.
  • Система управления батареями также позволяет менеджерам отслеживать состояние батареи своего флота с помощью бортовых компьютеров, которые отправляют жизненно важные данные через облачные сервисы.

Литий-ионные батареи содержат несколько элементов передовых технологий, которые работают вместе, чтобы предоставить пользователям явные преимущества.

Вы можете узнать о том, почему литий-ионные батареи являются лучшим вариантом, чем свинцово-кислотные, в нашей статье Литий-ионные батареи для вилочных погрузчиков лучше, чем свинцово-кислотные?

Устройства и системы с батарейным питанием

Глава 1

Области применения батарей
1.1. Введение
1.2. Сферы применения и особенности рынка
1.2.1. Вычислительная техника
1.2.2. Связь
1.2.3. Переносные инструменты
1.2.4. Медицинские приложения
1.2.5. Прочие портативные товары
1.2.6. ИБП и резервные аккумуляторы
1.2.7. Применение в авиакосмической и военной промышленности
1.2.8. Электромобили и гибридные электромобили
1.2.9. Автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС)
1.3. Время работы приложения и батареи
Ссылки

Глава 2

Категории и типы батарей

2.1. Введение
2.2. Аккумуляторы для портативных устройств
2.2.1. Цинк-угольные батареи
2.2.2. Щелочные батареи
2.2.3. Первичные батареи из оксида цинка / серебра
2.2.4. Первичные воздушно-цинковые батареи
2.2.5. Сильные и слабые стороны и основные области применения первичной водной батареи
2.3. Аккумуляторы, используемые как в портативных, так и в промышленных / транспортных средствах
2.3.1. Первичные литиевые батареи
2.3.1.1. Литиевые / сернисто-диоксидные батареи
2.3.1.2. Литий / тионилхлоридные батареи
2.3.1.3. Литий-диоксидные батареи
2.3.1.4. Литий-монофторидные батареи
2.3.1.5. Сравнение литиевых первичных батарей с рыночными соображениями
2.3.2. Литиевые аккумуляторные батареи (литиевый отрицательный электрод)
2.3.3. Литий-ионные батареи
2.3.4. Аккумуляторы на водной основе
2.3.4.1. Свинцово-кислотные батареи
2.3.4.2. Никель-кадмиевые батареи
2.3.4.3. Никель-металлогидридные батареи
2.3.4.4. Вторичные батареи из оксида цинка / серебра
2.3.4.5. Сравнение основных вторичных батарей
2.4. Аккумуляторы, используемые только в промышленности / автомобилях
2.4.1. Вторичные аккумуляторы на водной основе
2.4.1.1. Никель-водородные батареи
2.4.1.2. Никель-железные батареи
2.4.1.3. Никель-цинковые батареи
2.4.1.4. Большие воздушно-цинковые батареи
2.4.1.5. Батареи цинковые / бромные
2.4.1.6. Ванадиевые окислительно-восстановительные батареи (VRB)
2.4.2. Тепловые батареи
1. Литий-алюминиевые / железосульфидные батареи
2. Натриевые / серные батареи
3. Натриевые / никельхлоридные батареи (зебра)
4. Литий-металл-полимерные батареи
Ссылки

Глава 3

Портативные приложения

3.1. Общие положения
3.2. Характеристики некоторых приложений
A. Видео / аудио приложения
3.2.1. Ноутбуки, планшетные ПК и ультрамобильные ПК (UMPC)
3.2.2. Электронные книги
3.2.3. Сотовые телефоны и смартфоны
3.2.4. Персональные цифровые помощники (КПК)
3.2.5. Мобильное ТВ
3.2.6. Цифровые фотокамеры (DSC)
3.2.7. Цифровые видеокамеры
3.2.8. Портативные плееры
3.2.9. Портативные телефоны VoIP (передача голоса по Интернет-протоколу)
3.2.10. Профессиональное аудио / видео оборудование
B.Медицинское применение
B1. Счетчики
3.2.11. Глюкометр
3.2.12. Пульсоксиметрия
3.2.13. Разное
B2. Терапевтические приборы
3.2.14. СЛР (сердечно-легочная реанимация) и AED (автоматический внешний дефибриллятор
)
3.2.15. Кардиостимуляторы и другие портативные устройства для управления сердечным ритмом
3.2.16. Прочие терапевтические приборы
B3. Диагностические приборы
B4. Разное медицинское оборудование
C. Разные приложения
3.2.17. Хобби и профессиональные электроинструменты
3.2.18. Портативные считыватели штрих-кода
3.2.19. Переносные платежные терминалы
3.2.20. Портативный GPS (глобальные системы позиционирования)
3.2.21. Средства для рыбалки
3.3. Управление питанием портативного устройства
A. Управление питанием компонентов устройства
3.3.1. Транзисторы
3.3.2. Микропроцессоры и микроконтроллеры
3.3.3. Регуляторы напряжения
3.3.4. Радиочастотная связь
3.3.5. Дисплей
3.3.6. Питание и защита порта
3.3.7. Дополнительное освещение
3.3.8. Жесткие диски
B. Управление температурным режимом компонентов устройства
C. Управление батареей
3.3.9. Концепция Smart Battery
3.3.10. Использование аккумуляторов в экстремальных условиях
3.3.11. Радиочастотные помехи
3.3.12. Зарядка аккумулятора
3.4. Тенденции в выборе аккумуляторов для портативных устройств
Ссылки

Глава 4

Промышленное применение (кроме дорожных транспортных средств)

4.1. Введение
4.2. Счетчики
4.2.1. Счетчики мощности
4.2.2. Счетчики газа
4.2.3. Счетчики воды
4.2.4. Счетчики тепла
4.2.5. Расходомеры
4.2.6. Прочие счетчики
4.2.7. Счетчики с функцией AMR
4.3. Регистраторы данных
4.4. Датчики и сенсорные сети
4.5. Сигнализация и системы безопасности
4.5.1. Портативное видеонаблюдение
4.5.2. Беспроводная сигнализация
4.5.3. Дистанционное управление уровнем
4.5.4. Наблюдение за ЛЭП
4.5.5. Контрольно-измерительные приборы для трубопроводов (PIG) ​​
4.5.6. Системы контроля доступа
4.6. Системы автоматической помощи
4.6.1. Аварийное освещение
4.6.2. Маяки
4.6.3. Автоматическое уведомление о сбоях (ACN)
4.7. Бурение нефтяных скважин
4.8. Океанография
4.8.1. Счетчики тока
4.8.2. Буи GPS
4.8.3. Сейсмометрия
4.8.3.1. Обнаружение цунами
4.8.4. Подводные планеры
4.8.5. Расположение по системе Argos
4.9. Системы слежения и мониторинга
4.9.1. Радиочастотная идентификация (RFID)
4.9.1.1. Электронная система взимания платы за проезд (ETC)
4.9.2. Спутниковое слежение
4.9.2.1. Созвездие GPS
4.10. Метеорология и атмосферные науки
4.10.1. Метеорологические спутники
4.10.2. Пусковые установки
4.10.3. Портативные станции мониторинга погоды и окружающей среды
4.11. Аэрокосмические приложения
4.11.1. Самолет
4.11.2. Планетарные и космические миссии
4.11.2.1. Роботизированное освоение космоса
4.11.2.2. Исследовательские миссии человека
4.11.2.3. Общие характеристики космических батарей
4.11.2.4. Примеры миссий
4.12. Военное применение
4.12.1. Боеприпасы
4.12.2. Беспилотные авиационные системы
4.12.3. Солдатское снаряжение
4.12.4. Разное военно-морское применение
4.13. Робототехника
4.13.1. Подробная информация об оборудовании робота
4.13.2. Примеры мобильных автономных роботов
4.13.2.1. Мобильные микророботы
4.14. Микро-электромеханические системы (МЭМС)
4.15. Приложения для сельского хозяйства
4.16. Стационарные приложения, связанные с энергетикой
4.16.1. Выравнивание нагрузки, качество электроэнергии и ИБП
4.16.2. Телекоммуникации
4.17. Резервное копирование часов реального времени и памяти
4.18. Беспроводная связь
Справочная информация

Глава 5

Автомобильные приложения: системы тяги и управления

5.1. Введение
5.2. Электромобили (электромобили)
5.2.1. Новые предложения: удастся ли им добиться успеха?
5.3. Основы гибридных электромобилей (HEV)
5.3.1. Микрогибриды
5.3.2. Мягкие гибриды
5.3.3. Мягкие гибриды
5.3.4. Полные гибриды или «Power Assist»
5.3.5. Подключаемые гибриды (PHEV)
5.3.6. Гибридный электромобиль на топливных элементах (FCHEV)
5.3.7. Крупногабаритные гибридные автомобили: автобусы, легкие грузовики и трамваи
5.4. Дополнительная информация о гибридных автомобилях
5.4.1. Текущее производство HEV и перспективы
5.4.2. Toyota Prius
5.5. Тяговые аккумуляторы
5.5.1. Общие требования
5.5.2. Система управления батареями (BMS)
5.5.3. Аккумуляторные технологии
5.5.3.1. Свинцово-кислотные батареи
5.5.3.2. Батареи Ni-MH
5.5.3.3. Литий-ионные аккумуляторы
5.5.3.4. Другой химический состав аккумуляторов
5.6. Системы управления транспортными средствами
5.6.1. Последние разработки в области автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторов
5.7. Электрические велосипеды
Ссылки

Список сокращений

Как работает литий-ионная батарея?

Представьте себе мир без литий-ионных батарей (часто называемых литий-ионными батареями или LIB ). Нужна помощь? Мобильные устройства не будут выглядеть так, как сейчас. Представьте себе огромные, тяжелые сотовые телефоны и ноутбуки. Также представьте, что обе эти вещи настолько дороги, что их могут себе позволить только очень богатые люди.Вы представляете 1980-е. Страшно, правда?

Знаете ли вы?

Литий-ионные батареи были впервые произведены и произведены компанией SONY в 1991 году.

Литий-ионные батареи

стали огромной частью нашей мобильной культуры. Они обеспечивают питание большей части технологий, которые использует наше общество.

Из каких частей состоит литий-ионный аккумулятор?

Батарея состоит из нескольких отдельных ячеек , которые соединены друг с другом.Каждая ячейка содержит три основные части: положительный электрод (катод ), отрицательный электрод (анод ) и жидкий электролит .

Части литий-ионного аккумулятора (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Литий-ионные батареи, подобно сухим щелочным батареям, используемым в часах и пультах дистанционного управления от телевизора, обеспечивают питание за счет движения ионов. Литий в своей элементарной форме чрезвычайно реактивен.Вот почему в литий-ионных батареях не используется элементарный литий. Вместо этого литий-ионные батареи обычно содержат оксид лития-металла, такой как оксид лития-кобальта (LiCoO 2 ). Это поставляет литий-ионы. В катоде используются оксиды лития-металла, а в аноде — литий-углеродные соединения. Эти материалы используются, потому что они допускают интеркаляцию. Интеркаляция означает, что молекулы могут что-то в них вставлять. В этом случае электроды могут легко перемещать ионы лития в свою структуру и выходить из нее.

Каков химический состав литий-ионных аккумуляторов?

Внутри литий-ионного аккумулятора протекают окислительно-восстановительные реакции.

Восстановление происходит на катоде. Там оксид кобальта соединяется с ионами лития с образованием оксида лития-кобальта (LiCoO 2 ). Половина реакции:

CoO 2 + Li + + e → LiCoO 2

Окисление происходит на аноде.Здесь соединение интеркаляции графита LiC 6 образует графит (C 6 ) и ионы лития. Половина реакции:

LiC 6 → C 6 + Li + + e

Вот полная реакция (слева направо = разрядка, справа налево = зарядка):

LiC 6 + CoO 2 ⇄ C 6 + LiCoO 2

Как работает подзарядка литий-ионного аккумулятора?

Когда литий-ионный аккумулятор в мобильном телефоне питает его, положительно заряженные ионы лития (Li +) перемещаются от отрицательного анода к положительному катоду.Они делают это, перемещаясь через электролит, пока не достигнут положительного электрода. Там они хранятся. С другой стороны, электроны движутся от анода к катоду.

Что происходит в литий-ионной батарее при разряде (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Иллюстрация — текстовая версия

Когда батарея используется, ионы лития текут от анода к катоду, а электроны движутся от катода к аноду.

Когда вы заряжаете литий-ионный аккумулятор, происходит прямо противоположный процесс. Ионы лития возвращаются от катода к аноду. Электроны движутся от анода к катоду.

Что происходит с литий-ионным аккумулятором при зарядке (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Иллюстрация — текстовая версия

Когда батарея заряжается, ионы лития текут от катода к аноду, а электроны движутся от анода к катоду.

Пока ионы лития переходят от одного электрода к другому, существует постоянный поток электронов. Это дает энергию для работы вашего устройства. Поскольку этот цикл может повторяться сотни раз, этот тип аккумулятора перезаряжаемый .

Знаете ли вы?

Иногда литий-ионные батареи называют «батареями для кресел-качалок». Это потому, что ионы лития «качаются» между электродами.

Что делает литий-ионные аккумуляторы подходящими для мобильных технологий?

Все просто. Литий-ионные аккумуляторы имеют самую высокую плотность заряда () среди всех сопоставимых систем. Это означает, что они могут дать вам массу энергии, не будучи очень тяжелыми.

Это по двум причинам. Во-первых, литий — самый электроположительный элемент . Электроположительность — это мера того, насколько легко элемент может отдавать электроны для образования положительных ионов. Другими словами, это показатель того, насколько легко элемент может производить энергию.Литий очень легко теряет электроны. Это означает, что он может легко производить много энергии.

Литий также самый легкий из всех металлов. Как вы узнали, в качестве электродов в литий-ионных батареях используются интеркаляционные материалы, а не настоящий металлический литий. Тем не менее, эти батареи весят намного меньше, чем батареи других типов, в которых используются такие металлы, как свинец или никель.

Есть ли риски при использовании литий-ионных батарей?

Хотя эти батареи впечатляют, у них есть свои недостатки.Самая большая жалоба заключается в том, что они довольно быстро изнашиваются, независимо от того, используете вы их или нет. Обычный литий-ионный аккумулятор прослужит около 2–3 лет, прежде чем его потребуется заменить. Это может обойтись дорого! Производство и утилизация литий-ионных аккумуляторов также оказывает большое влияние на окружающую среду, поэтому чем дольше эти аккумуляторы могут прослужить, тем лучше.

Как вы узнали, литий чрезвычайно реактивен. Когда производители производят литий-ионные батареи, они должны принимать определенные меры предосторожности, чтобы их можно было безопасно использовать.Однако вы, возможно, слышали о некоторых электронных устройствах, таких как ноутбуки или сотовые телефоны, которые загорелись из-за своих батарей. Хотя это может быть хорошим предлогом для того, чтобы не сдать эссе на английском вовремя, это довольно опасная ситуация. По соображениям безопасности литий-ионные батареи включают сепаратор. Это предотвращает соприкосновение электродов элементов батареи друг с другом. Но если этот разделитель будет порван или поврежден, электроды могут соприкоснуться. Это может вызвать сильное перегревание. Если это нагревание вызывает искру, легко воспламеняющийся электролит может загореться.

Как только в одной камере возникает пламя, оно может быстро распространиться на другие. И прежде чем вы это заметите, ваш ноутбук представляет собой лужу расплавленного пластика. Накопление тепла также может вызвать очень быстрое повышение давления в вашем ноутбуке и БУМ!

Посмотрите, что происходит при коротком замыкании литий-ионного аккумулятора (1:13 мин.).

Однако не стоит особо волноваться. Эти события очень редки. На самом деле литий-ионные батареи очень безопасны. Кроме того, прямо сейчас проводится множество исследований по улучшению каждой части этих батарей.Например, исследователи создали жидкий электролит, который при ударе превращается в твердое тело. Это поможет предохранить батареи от нагрева или возгорания в случае их повреждения! Вскоре литий-ионные батареи, вероятно, станут еще безопаснее, прослужат дольше и будут стоить еще дешевле.

Знаете ли вы?

Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях. Мы начинаем видеть все больше и больше автомобилей, которые подключаются к сети вместо того, чтобы заправляться бензином!

Литиевые батареи с длительным сроком службы от Tadiran, доказанный 40-летний срок службы!

Питание удаленных беспроводных устройств на 40 лет от низкотемпературных батарей Tadiran Тионилхлорид катушечного типа (LiSOCL2) наши литиевые батареи с длительным сроком службы позволяют удаленным беспроводным устройствам работать без обслуживания до четырех десятилетий.

Сол Джейкобс, вице-президент и генеральный директор, Tadiran Batteries

Литий-химический состав остается предпочтительным выбором для удаленных беспроводных приложений из-за его внутреннего отрицательного потенциала, который превосходит все другие металлы. Самый легкий негазообразный металл, литий, имеет самую высокую удельную энергию (энергия на единицу веса) и плотность энергии (энергия на единицу объема) из всех доступных химических составов батарей. Все литиевые элементы не являются водными и имеют нормальное значение OCV от 2.7 и 3,6 В. Отсутствие воды позволяет литиевым химическим соединениям работать при более экстремальных температурах.

Несмотря на то, что доступны многочисленные химические составы лития, химия тионилхлорида лития (LiSOCL2) отличается уникальными характеристиками, которые делают его идеальным для таких приложений, как электронные метки платных дорог, RFID, мониторинг окружающей среды, мил / аэро, интеллектуальные сети, автоматическое считывание показаний счетчиков ( AMR), беспроводные ячеистые сети, системное управление и сбор данных (SCADA), регистраторы данных, измерения во время бурения, океанографические измерения и аварийное оборудование / оборудование для обеспечения безопасности.

LiSOCL2 Литиевые батареи с длительным сроком службы конструируются двумя способами: со спиральной намоткой или с катушечной конструкцией. Из двух альтернатив бобинные элементы
Li / SOCL2 обеспечивают более высокую плотность энергии (1420 Втч / л) наряду с более высокой емкостью, а также способностью выдерживать более экстремальные температуры (от -55 ° C до 150 ° C). со специализированными моделями, адаптируемыми к температурам холодовой цепи до -80 ° C.

Ключевым атрибутом бобинного элемента LiSOCL2 является очень низкая годовая скорость саморазряда (менее 1 процента в год), которая имеет решающее значение для предложения литиевых батарей с длительным сроком службы до 40 лет в качестве общего срока службы. саморазряд аккумулятора часто превышает общее количество энергии, потребляемой устройством.Саморазряд определяется химическим составом электролита, используемыми производственными процессами, а также механическими и экологическими соображениями. Саморазряд может быть ускорен из-за высокого уровня примесей в электролите, а также из-за внутреннего импеданса, которым можно управлять, добавляя в электролит специальные добавки.

Приложения с высоким импульсом

На процесс выбора батареи влияет множество параметров, в том числе:

• Энергия, потребляемая в режиме ожидания (базовый ток).

• Энергия, потребляемая в активном режиме (включая размер, продолжительность и частоту импульсов).

• Время хранения (саморазряд во время хранения уменьшает емкость).

• Тепловые среды (включая хранение и работу в полевых условиях).

• Напряжение отключения оборудования (при разрядке аккумулятора или при экстремальных температурах напряжение может упасть до точки, слишком низкой для работы устройства).

• Скорость саморазряда батареи (которая может быть выше, чем ток, потребляемый при фактическом использовании).

Если беспроводное приложение включает периоды бездействия при повышенных температурах, чередующиеся с периодическими сильноточными импульсами, тогда во время первоначальной разрядки батареи могут возникнуть более низкие показания переходного напряжения. Это явление, известное как переходное минимальное напряжение (TMV), влияет на батареи LiSOCl2 катушечного типа из-за их низкоскоростной конструкции.

Одним из альтернативных вариантов является использование литий-тионилхлоридных батарей PulsesPlus, в которых сочетаются стандартный долговечный элемент LiSOCL2 катушечного типа с запатентованным гибридным слоистым конденсатором (HLC).Батарея и HLC работают параллельно, при этом батарея обеспечивает долговременное питание с низким током, в то время как HLC подает импульсы до 15 А, тем самым устраняя падение напряжения, которое обычно возникает при первоначальном включении импульсной нагрузки.

Моноблочный HLC работает в номинальном диапазоне от 3,6 до 3,9 В, обеспечивая высокие импульсы и высокий запас прочности, что позволяет избежать проблем с балансировкой, утечки тока и громоздкости, связанных с суперконденсаторами.

Когда требуются импульсы от слабых до умеренных, батареи Tadiran Rapid Response TRR Series могут предложить решение.Эти батареи не требуют использования HLC, но обладают высокой емкостью и высокой плотностью энергии, при этом практически исключаются проблемы TMV и задержки мощности, которые влияют на стандартные батареи LiSOCL2, когда они впервые подвергаются нагрузке. Батареи серии TRR эффективно используют доступную емкость, чтобы продлить срок службы батарей до 15 процентов в определенных случаях, включая экстремальные температуры.

Оценка поставщиков аккумуляторов

Катушечный тип LiSOCl2 Литиевые батареи с длительным сроком службы, изготовленные из высококачественных материалов с использованием передовых технологий производства, могут снизить вероятность утечки электролита, коротких замыканий и несоответствия между партиями, что может сократить срок службы.

Годовая скорость саморазряда может варьироваться от менее 1 процента в год для ведущего бренда до 2,5–3 процентов в год для продукта более низкого качества.

В результате инженерам-проектировщикам необходимо крайне осторожно относиться к заявлениям производителей аккумуляторов о низком годовом саморазряде при температуре окружающей среды, что может быть недействительным в зависимости от размера аккумулятора, метода его изготовления или экологических соображений, поскольку Разница в несколько микроампер в годовой скорости саморазряда может означать ожидаемый срок службы батареи.

Чтобы подтвердить качество продукции и прослеживаемость до сырья, потенциальные поставщики аккумуляторов должны быть обязаны предоставить несколько отзывов клиентов вместе с полностью задокументированными и проверяемыми результатами испытаний для импульсных, низкотемпературных импульсов, разряда и повторяемости.

Тщательная комплексная проверка в процессе выбора поставщика обеспечит надежное и долгосрочное энергоснабжение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *