что находится в автомобильном аккумуляторе
Что нужно знать про АКБ
Назначение аккумулятора – запуск двигателя, а вот о другой функции – использовать как аварийный источник питания, знают немногие. В данной статье мы поговорим как обслуживать автомобильный аккумулятор и как происходит зарядка, а сначала разберем работу аккумуляторной батареи.
🔎 Принцип работы аккумулятора
Аккумулятор – это контейнер который состоит из шести отдельных секций. Каждая отдельная секция представляет собой отдельный источник питания (вырабатывает каждая секция около 2,1 В), внутри секции находятся две пластины (сделаны из свинца), положительная и отрицательная, отделенные друг от друга.
Масса аккумулятора состоит из: веса электролита, свинцовых пластин и соединений, и составляет примерно 16-17 кг.
В свинцовые пластины добавляют сурьму (для увеличения прочности пластин), но к сожалению наличие сурьмы ведет к выкипанию воды из электролита, из-за чего почти во все типы аккумуляторов надо доливать воду. Благодаря прогрессу количество сурьмы в пластинах удалось уменьшить, что привело к появлению малообслуживаемых и гибридных аккумуляторов.
Сама работа аккумулятора очень проста. На положительном электроде нанесена двуокись свинца (цвет темно-коричневый), на отрицательном – губчатый свинец (серого цвета), внутрь залит электролит – водный раствор серной кислоты. При начале работы (разрядка) активная масса отрицательного электрода превращается в сульфат цинка и отдает в электрическую цепь два электрона, активная масса положительного электрода также преобразуется в сульфат цинка, и принимает из электрической цепи два электрона.
Для преобразования в сульфат цинка, как положительного, так и отрицательного электрода, тратится серная кислота — уменьшается массовая доля электролита. При зарядке, все наоборот, а также идет образование серной кислоты и увеличивается массовая доля электролита.
🔎 Обслуживание аккумуляторной батареи
❗ Если у Вас инжекторный двигатель, то ни в коем случае, не снимайте аккумулятор с автомобиля при включенном двигателе. Это может привести: в лучшем случае к сбою работы компьютера, в худшем, к сгоранию!
Аккумуляторные батареи делятся на четыре типа: обслуживаемые, малообслуживаемые, гибридные и необслуживаемые (как выбрать аккумулятор для авто). Обсудим каждую по отдельности:
✔ Обслуживаемые – найти такие трудно, но возможно. По сравнению с другими у них очень много недостатков и мало плюсов, а именно: довольно-таки дорогая стоимость, эбонитовый корпус (очень хрупкий), сверху они заливаются мастикой, которая из-за перепадов температуры и загрязнения теряет свои изоляционные свойства (аккумулятор самопроизвольно разряжается, и очень быстро). Из плюсов можно отметить возможность замены блока пластин. Из минусов — с мастики надо регулярно сдувать (убирать) грязь и часто надо доливать воду, примерно каждые 5-7 тыс.км.
✔ Малообслуживаемые – представлены очень широко, цены на них варьируются, от очень дешевых до дорогих, корпус пластиковый и очень надежный, воду надо заливать примерно каждые 20-30 тыс.км.
✔ Гибридные – относятся к малообслуживаемым, за некоторыми но: решетки положительных и отрицательных электродов состоят из разных сплавов, таким образом «гибридные» аккумуляторы сочетают в себе положительные свойства двух технологий, а именно: высокие пусковые токи, низкий расход воды и «выносливость». Найти такие трудно, да и стоимость высоковата.
✔ Необслуживаемые – расход воды у таких аккумуляторов так мал, что крышек для залива воды уже нет, обслуживания не требуется никакого. Но есть несколько недостатков: надо проверять натяжение ремня генератора, исправность самого генератора, регулятора напряжения и отсутствие утечек тока в системе электрооборудования. Цена на них, как на качественные малообслуживаемые, и если Вы уверены в своем автомобиле – это идеальный вариант.
Категорически не рекомендуются глубокие заряды и перезаряды аккумулятора. Это ведет к сульфатации свинцовых пластин, т.е. на пластинах появляется накипь. После такого аккумулятор восстановлению не подлежит. Из-за этого регулярно замеряйте плотность электролита. Особенно это актуально зимой. О степени разряженности батареи можно судить по плотности электролита. 0,01 г/см3 – это примерно 6% заряда, изначальная плотность составляет 1,27 г/см3.
🔎 Как происходит зарядка аккумуляторной батарей?
Не забывайте перед уходом из автомобиля выключать все электроприборы, иначе можете прийти к авто, а аккумулятор сел. Например, включенные габариты полностью разрядят аккумулятор примерно за 30 часов.
Зарядка автомобильного аккумулятора осуществляется двумя разными способами:
1. Аккумулятор стоит непосредственно в автомобиле, двигатель работает и генератор в рабочем состоянии, зарядка идет автоматически (чем больше держите обороты, а электроприборы по возможности не включаете, тем быстрее идет зарядка).
2. Вынимается аккумулятор и берется зарядное устройство, подключаются контакты минус к минусу, плюс к плюсу. Чем меньше зарядный ток, тем больше заряда получит батарея. Только не перегибайте, а то аккумулятор не «закипит» и через «месяц». Далее читаем инструкцию зарядного устройства, т.к. сейчас зарядное устройство – это настоящий миникомпьютер с кучей кнопок и свойств. Зарядных устройств великое множество, и тяжело выделить кого либо из производителей, отличаются они друг от друга, как ценой так и свойствами (сглаживание поступающего напряжения, гашение «скачков»).
❗ Не стоит опасаться неправильного подключения аккумуляторной батареи к зарядному устройству — они обладают защитой от дурака, которая сигнализирует о неправильной полярности подключения.
🔎 Сколько по времени происходит зарядка аккумулятора?
Аккумулятор считается полностью заряженным, когда электролит «закипел». В среднем зарядка идет около 8-10 часов, но время может сильно варьироваться, все зависит от изначального заряда батареи. После закипания нужно подождать минут 10-15 и отключить зарядное устройство, после чего аккумулятор считается полностью заряженным.
❗ Если аккумулятор вашего автомобиля был полностью разряжен до нуля, то надо учитывать тип зарядного устройства и его величину тока. Если зарядное устройство с током 10 А, то зарядка займет 6-8 часов, а например 15 А зарядное устройство зарядит ваш АКБ за 5-6 часов. Также, все современные зарядные устройства обладают автоматическим режимом, и сами выключаются при полном заряде батареи автомобиля.
Если аккумулятор был полностью посажен, и зарядное устройство позволяет выбрать величину тока заряда, то выбирайте минимальное, от 4 до 6А. Так ваш аккумулятор будет заряжаться не менее 12 часов, зато восстановиться заметно лучше, чем при быстром заряде.
После зарядки аккумулятора желательно его тщательно промыть и просушить, т.к. на корпус батареи может попасть кислота или грязь. Это может привести к своевременному разряду АКБ, т.к. его корпус пропускает напряжение. Это можно легко проверить — нужно измерить напряжение крышки аккумулятора. Если оно отлично от нуля, то батарея пропускает напряжение и ее нужно промыть раствором соды. Только следите, чтобы данный раствор не попал в банки аккумулятора.
Аккумулятор автомобильный.
Устройство автомобильного аккумулятора.
Устройство автомобильного аккумулятора таково, что в корпусе аккумуляторной батареи последовательно соединены шесть аккумуляторов. Корпус батареи изготовлен из диэлектрического материала, стойкого к воздействию кислот. Каждый из шести элементов батареи состоит из чередующихся электродов противоположной полярности, покрытых активным веществом. Аноды и катоды изолированы друг от друга пластиковыми сепараторами.
Электроды современных необслуживаемых батарей изготовлены из свинцово-кальциевого сплава. Такая конструкция позволяет избежать излишних действий по поддержанию стабильной работоспособности автомобильного аккумулятора в течение срока службы благодаря пониженному уровню саморазряда (т. е. потери 50% емкости батареи в течение полутора лет) и очень низкий расход воды — всего 1 г/Ач.
Иногда встречаются более дешевые гибридные автомобильные аккумуляторы. Их отличие в том, что положительный электрод изготовлен из сплава свинца и сурьмы, а отрицательный также свинцово-кальциевый. Они также считаются необслуживаемыми, но требуют чуть больше внимания из-за того, что вода расходуется до двух раз быстрее.
В процессе зарядки батареи в электролите образуются газы, для отвода которых предусмотрена система вентиляции. Газоотводы от каждого элемента соединяются в центральной системе, из которой газы выходят в атмосферу.
Современные автомобильные аккумуляторы оснащены индикаторами заряда. В зависимости от уровня плотности электролита цвет «глазка» меняется — чёрный означает низкий заряд, желтый — недостаточная степень зарядки, зелёный говорит о том, что батарея полностью заряжена.
Принцип работы авто аккумулятора.
Принцип работы авто аккумулятора очень прост, работа автомобильного аккумулятора происходит циклически — при разряде энергия, выделяющаяся в результате химической реакции преобразуется в электрическую, а в процессе зарядки электричество вызывает обратную реакцию, и энергия накапливается.
Авто аккумулятор разряжается при подключении электрооборудования автомобиля — фар, стартера и других электроприборов. В этом режиме происходит взаимодействие электродов, покрытых активным веществом (диоксидом свинца покрыты положительные и губчатым свинцом — отрицательные) с электролитом. В результате этой реакции выделяется сульфат свинца и вода, которая разбавляет электролит и уменьшает его плотность.
После того, как двигатель начинает работать, генератор вырабатывает электрический ток, под воздействием которого сульфат свинца превращается в свинец, серную кислоту и двуокись свинца. Содержание кислоты в электролите растет, и его плотность повышается. Точно такой же процесс происходит при заряде аккумулятора от зарядного устройства.
В среднем срок службы автомобильного аккумулятора около 4-5 лет, но он сильно зависит от условий эксплуатации. Технологии производства батарей совершенствуются, что позволяет улучшить эффективность аккумуляторов и увеличить срок его работоспособности.
Схема автомобильного аккумулятора и его технические параметры.
Технические параметры автомобильного аккумулятора включают в себя такие понятия как: номинальная емкость, измеряемая в ампер-часах (Ач), означает, сколько энергии отдаёт полностью заряженный аккумулятор при непрерывном разряде в течение двадцати часов. Например, если на батарее написано, что его емкость составляет 50 Ач, то это значит, что он может отдавать ток силой 2,5 А на протяжении двадцати часов.
Также существует неофициальный показатель, который называется резервная емкость. Она измеряется в минутах, и показывает. В течение какого времени авто аккумулятор может без помощи генератора выдавать ток в 25 А. Считается, что качественная батарея при падении напряжения до 10,5 В должен сохранять работоспособность в таком режиме не менее 1,5 часов.
Номинальное напряжение авто аккумулятора, предназначенного для легкового автомобиля, составляет 12 В. Оно складывается из напряжения отдельных элементов батареи.
Устройство аккумулятора.
Устройство автомобильного аккумулятора представляет собой чередующиеся отрицательные и положительные электроды, к которым подключена активная масса. В свою очередь батарея состоит из 6 аккумуляторов, последовательно соединенных и находящихся в одном корпусе. Для изготовления корпуса применяется материал пропилен, он не способен проводить ток и одновременно с этим легко противостоит разъедающим свойствам кислоты.
Для создания электродов применяют свинцовый сплав. В большинстве современных аккумуляторов для создания электродов применяют свинцово-кальциевый сплав. Благодаря этому такие аккумуляторные батареи очень медленно саморазряжаются — за 18 месяцев теряют 50% емкости, а также имеют малый расход воды — 1 г/Ач. Из этого следует, что во время эксплуатации такой батареи можно обойтись без добавления воды.
Гибридная аккумуляторная батарея более дешевый и редкий вариант. Устройство аккумулятора в таких батареях, содержит в себе электроды, изготовленные из разных сплавов: отрицательные из свинцово-кальциевого, положительные из свинцово-сурмяного. Гибридная аккумуляторная батарея расходует воды больше, чем кальциевая в 1,5- 2 раза. Несмотря на это, ей тоже не надо обслуживания.
Устройство аккумулятора автомобиля.
Устройство аккумулятора автомобиля следующее:
Устройство аккумулятора включает в себя электролит, в который помещаются электроды. В роли электролита выступает раствор серной кислоты, плотность которого уменьшается при снижении заряженности. Корпус делится на 2 части: основная глубокая емкость, крышка. Аккумуляторные батареи бывают разных типов, поэтому у некоторых крышка оснащена дренажной системой (отводит образующий газ), а у других в крышке расположены горловины с пробками.
Устройство аккумулятора таково, что содержит в себе отдельные ячейки, в каждую из которых устанавливается собранный воедино пакет. Этот пакет состоит из большого количества отдельных пластин с чередующейся полярностью. Пластины созданы из свинца и обладают структурой решетчатого характера из прямоугольных сот. Такая структура отлично подходит для нанесения на пластины активной массы. Наносится она с помощью намазывания, поэтому такие аккумуляторы называются — аккумуляторами намазного типа. В некоторых дорогих аккумуляторах в свинцово-калиевый сплав электродов добавляют олово или серебро, что увеличивает их стойкость к коррозии.
Конструкция и устройство аккумуляторной батареи самих электродов представляют из себя решетчатую структуру. Для создания отрицательных и положительных электродов применяют различные технологии. Технологию Expanded metal используют для создания решетки отрицательных электродов, путем просечки свинцового листа с дальнейшей растяжкой. Электроды простой конструкции создаются по нескольким технологиям: Chess Plate — жилки электродов находятся в шахматном порядке, Power Pass — вертикальные жилки подходят к ушку электрода. Электроды более сложной конструкции создаются по технологии Power Frame. Электроды, изготовленные по такой технологии обладает опорной рамой, а также жилами внутренней направленности, что приводит к высокой жесткости и небольшому линейному расширению. Слой активной массы, наносимой на электроды различен в зависимости от полярности электрода. Активная масса в виде губчатого свинца применяется для отрицательных электродов. Диоксид свинца применяется для активной массы положительных электродов.
Устройство аккумуляторных батарей бывает, как с жидким электролитом, так и наоборот. Наиболее часто используются батареи с жидким электролитом.
Схема устройства аккумулятора.
Схема устройства аккумулятора представляет собой структуру устройства аккумуляторной батареи изнутри. Производители корпуса аккумуляторной батареи учитывают, что он должен обладать высокой сопротивляемостью к вибрациям, быть инертным к агрессивным химическим воздействиям, легко переносить перепады температуры. Всем этим параметрам отвечает материл полипропилен. В основном из него изготавливают корпус аккумуляторных батарей.
Для фиксации собранного пакета от смещений применяется специальный бандаж. Минусовые и плюсовые токовыводы пластин соединенны попарно и благодаря токосборникам концентрируют энергию на выводных борнах аккумулятора. К которым присоединяют токоприемные клеммы машины.
Схема зарядного устройства для аккумулятора.
На схеме зарядного устройства для аккумулятора мы видим:
Для заряда автомобильных аккумуляторов достаточно выдержать определённое время заряда и измерить в конце напряжение на аккумуляторе вольтметром.
АКБ — что это, устройство и принцип работы аккумулятора в автомобиле
Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.
Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.
Что такое АКБ для автомобиля, предназначение
То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.
Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.
Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.
Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.
При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.
Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.
Из чего сделан и что внутри аккумулятора
Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.
Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.
С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.
Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.
Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.
Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:
Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.
Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.
Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.
В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).
В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.
Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.
Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.
Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.
Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.
Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (H2SO4) и дистиллированной воды.
Принцип работы АКБ
Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.
При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.
При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.
Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.
Особенности конструкции современных АКБ
Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.
Рассмотрим их по отдельности:
Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.
Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.
Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.
Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.
В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.
Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.
Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.
Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.
Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.
Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.
Параметры и характеристики аккумуляторной батареи
Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.
Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.
Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.
Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:
Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:
Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:
Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.
Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.
Аккумуляторы будущего
Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.
Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.
Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.
Гелевая АКБ
Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.
Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта
Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.
Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.
Опытная графен-полимерная АКБ
Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.
В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.