История развития АКБ

Когда-то для запуска двигателя, необходимо было с усилиями крутить стартерный рычаг. Это очень изнурительное занятие. У современных автомобилей данную проблему решает автоаккумулятор. Отметим, что принцип работы автомобильного аккумулятора был описан больше 1,5 веков назад и на сегодняшний день он не изменился.

АКБ в системе автомобиля

Аккумуляторы «свинцового» типа имеют высочайшую надёжность, отличное качество в паре с доступной стоимостью, а также подлежат утилизации. Благодаря этому они востребованы, а процесс их развития активно движется вперед.

В последнее время возрастающей популярностью начинают пользоваться транспортные средства, имеющие электрический гибридный привод, а также электромобили. Доступны и постоянно модернизируются АКБ закрытого исполнения. Данные аккумуляторы не предполагают специального обслуживания, поскольку вещество, заливаемое внутрь (дистиллированная вода) почти не подлежит разложению. Предпринимались попытки заменить АКБ пневматическим оборудованием, обеспечивающим запуск силового агрегата, и особыми накопителями конденсаторного типа. Но все они не привели к желаемому результату.

Значимость аккумуляторной батареи растает. А потому нельзя недооценивать большое значение развития и усовершенствования производственных технологий «обыкновенного» аккумулятора.

Для чего нужна аккумуляторная батарея

АКБ имеет не меньшее значение для автомобиля, чем мотор – именно аккумуляторная батарея обеспечивает:

• пуск силового агрегата;
• питание электроэнергией устройств при неработающем двигателе;
• помощь генератору при максимальных нагрузках.

Работая совместно с генератором, АКБ участвует в обеспечении переходных процессов, требующих тока высокой мощности, кроме того она стабилизирует пульсации тока в электросети.

как устроена АКБ

Назначение аккумулятора в автомобиле

Аккумулятор включён в цепь с бортовым компьютером и иными потребителями электроэнергии автомобиля. Подпитывается он от генератора во время работающего двигателя внутреннего сгорания. Инженеры обеспечили следующий функционал для батареи:

1. Простой и быстрый пуск двигателя внутреннего сгорания. Ток поступает на стартер, начинающий вращать коленвал.
2. Подаётся напряжение на потребителей. Если мотор заглушён, то вместо генератора напряжение отбирается от АКБ.
3. Обеспечивается помощь генератору, если нагрузка от потребителей в бортовой сети оказывается высокой, например, в вечернее время, когда включён лобовой свет, работают дворники, обогрев кресел, стёкла, запущен вентилятор печки и пр.

Не каждый генератор способен выдавать стабильные параметры по току, поэтому аккумуляторную батарею используют для сглаживания пиковых значений.

В основном батарея в легковом автомобиле, закреплённая хомутами, располагается радом с двигателем в подкапотном пространстве. Это позволяет минимизировать длину проводки между источником тока и потребителями. В грузовиках блок обязательно надёжно зафиксирован с рамой, чтобы содержащийся внутри кислотный раствор не смог выплеснуться наружу. С этим прибором необходимо соблюдать максимальную осторожность.

Классическая АКБ

До сегодняшнего дня широко применяются три вида электроаккумуляторов:

• свинцово-кислотный аккумулятор — дата его создания начало ХХ столетия и на сегодня устройство аккумуляторной батареи автомобиля не изменилось;
• с литиево-ионным аккумулятором автолюбители познакомились не так давно (около 15 лет назад) его конструкцию и скорость завоевания рынка называют революционной, впрочем, как и постоянное ее усовершенствование;
• железо-никелевый аккумулятор безламельного типа тоже появился недавно, но его производственные затраты и конечная потребительская стоимость оказались слишком высоки, поэтому со временем он был вытеснен с рынка.

Свое долголетие свинцово-кислотная АКБ обеспечивает абсолютным лидерством ДВС. То, как устроен автомобильный аккумулятор максимально соответствует требованиям безопасности к источнику электрической энергии, который обеспечивает кратковременную выдачу ее с громадной силой, требуемой при старте силового агрегата машины. Другие типы аккумуляторных батарей, имея гораздо высокие значения ёмкости или не выдерживали такие мощные нагрузки, или технологии, используемые при производстве, был слишком сложными и дорогостоящими.

Разновидности аккумуляторов

Современные аккумуляторные батареи можно условно разделить на обслуживаемые и необслуживаемые.

Можно выделить следующие основные виды:

Аккумуляторы с жидким электролитом относятся к обслуживаемому типу. Это значит, что время от времени нужно следить за уровнем электролита, его плотностью и емкостью батареи. Их срок службы в среднем составляем 3-5 лет. Они доступны по цене и хорошо справляются со своей задачей в автомобиле. Поэтому остаются самыми распространёнными.

Батареи по технологии EFB появились сравнительно недавно. В них также находится жидкий электролит, но пластины завернуты в микроволокно. Материал впитывает электролит, что увеличивает площадь контакта с пластинами. Это также повышает емкость и мощность и позволяет снизить объем электролита по сравнению с обычными АКБ, делая такие батареи практически необслуживаемыми. Срок службы 4-5 лет. Стоимость приемлемая.

Аккумуляторы AGM относятся к классу необслуживаемых батарей. Это значит, что у них полностью герметичный корпус. На корпусе имеются газоотводные клапаны. Между пластинами находится стекловолокно, в порах которого электролит. Это позволяет значительно замедлить процесс сульфатации. Такие батареи не боятся полного разряда. Срок службы до 10 лет. Но есть минусы: высокая стоимость и обслуживание.

Гелевые

Это также необслуживаемые батареи. В электролит добавлены вещества, которые сгущают его и доводят до твердого состояния. Сам электролит выступает в роли сепаратора между пластинами. Срок службы до 10 лет, но требуется специальный уход, как и в случае с AGM. Не боятся глубокого разряда, но чувствительны к перезаряду и замыканию. Стоят в 3-4 раза дороже обычных.

Аккумуляторная батарея – это то устройство, которое требует от водителя внимания. Чтобы батарея прослужила долго, нужно знать ее устройство и принцип работы. При правильном уходе и условиях содержания АКБ проработает долгие годы.

Источник

Устройство АКБ

Любой автомобиль укомплектован стартерным аккумулятором, который обеспечивает напряжение 12В. Давайте подробно разберем, из чего состоит АКБ и какие процессы происходят внутри в ходе работы.

Как устроен аккумулятор

Гальванический элемент

Их в стандартном аккумуляторе 6 штук. Они соединяются последовательно специальными перегородками и размещаются в специальный корпус.

Данные элементы являются основными составляющими аккумуляторной батареи. Каждый из них включает в себя два свинцовых электрода, имеющих разную полярность (плюс/минус), которые выполнены в виде решётчатых пластин. Блок с электродами погружается в электролит (38% раствор — серная кислота/дистиллированная вода). Ячейки у пластин заполняются рабочим составом.

Сепаратор

Материал пористого типа, имеющий свойства изолятора. Его задачей является защита электродов от замыканий.

Сепаратор не допускает циркуляцию рабочего раствора в блоке, одновременно предотвращая соприкосновение электродов с разными зарядами.

Перемычки

Перемычки у элементов, пластин/бареток и отводами полюсов АКБ выполнены из свинца. Они проходят через перегородку элемента. Отводы полюсов различаются по значению размеров. Положительный отвод в диаметре больше, чем отвод отрицательный. Это защищает от неправильного подключения АКБ я остается обязательным условием при производстве аккумуляторов.

Из-за переполюсовок срок качественной эксплуатации АКБ значительно сокращается, поскольку рабочий раствор разрушается.

Корпус АКБ

Призван обеспечить безопасность/целостность всей конструкции и выполняется из качественного изолирующего материала, который устойчив к взаимодействию с кислотами, серьезным колебаниям температурного режима и вибрациям.

Сегодня для изготовления корпуса применяется полипропилен. Корпус состоит из 2-х элементов — главная ёмкости и герметически закрываемая крышка. Для удобства крепления аккумулятора, снаружи корпуса расположены отбортовки.

Соединение перемычек у элементов

Для получения напряжения требуемой мощности на выходе каждый гальванический элемент соединен с соседним посредством межэлементных перемычек.

Всегда применяется соединение последовательного типа, когда положительный отвод одного из блоков подключен к отрицательному отводу своего соседа.

Рабочая смесь

Камера в аккумуляторе заполняется рабочей смесью – электролитом, которым заполняются ячейки свинцовых пластинок и сепараторные поры.

Конструкционной особенностью устаревших аккумуляторных батарей было присутствие пробки вверху гальванического элемента. Это позволяло при необходимости доливать рабочую смесь внутрь блоков. Современные АКБ специального обслуживания не предполагают.

Принцип действия

Принцип действия заключается в следующем. Активные элементы устройства обладают способностями вступать в реакцию при инициировании нагрузки на клеммы аккумулятора. Работающий аккумулятор провоцирует таким образом появление тока, который вырабатывает сульфат свинца на отрицательной пластине.

Если ток идет извне, то есть от зарядки или генератора, тогда идет обратный процесс. В этот момент на отрицательных электродах возобновляются слои чистого свинца, а на положительных – регенерация диоксида свинца. В устройстве происходит метод двойной сульфации: повышение плотности электролита.

Принцип заряда аккумулятора

Рекомендуем: Жидкость ГУР: когда и как её менять

Крепление АКБ происходит при помощи положительных и отрицательных выводов из свинца. Они изготавливаются из различной толщины и соответственно маркируются, чтобы при подключении не возникли ошибки. Полярность аккумулятора может быть различной – это зависит от того, как расположены выводы.

Для правильного крепления можно использовать несколько вариантов:

1. Крепление скобой за выступ корпуса аккумулятора. Это практикуется для аккумуляторов европейского типоразмера.
2. Если типоразмер азиатский, тогда крепление происходит с помощью рамки.
3. Американский типоразмер осуществляет крепление при помощи специальных клемм.

Принцип работы АКБ

Разряд аккумуляторной батареи

В момент разряда АКБ отдает электроэнергию бортовым элементам, нуждающейся в ней. Происходит преобразование химических энергий, накапливающейся в аккумуляторе, в электроэнергию.

С подключенной нагрузкой аккумулятор утрачивает энергию – разряжается: объем дистиллята в составе электролита возрастает, соответственно, доля кислоты в растворе сокращается.

Разряд аккумулятора

Заряд АКБ

В момент заряда батарея копит энергию (электрическую), преобразующуюся в новую химреакцию. Зарядка может производиться от различных источников:

• автогенератор;
• внешний источник/зарядное устройство;
• посредством выпрямителя.

Зарядка батареи от автогенератора начинается сразу после пуска силового агрегата автомобиля. У современных электромобилей зарядка аккумулятора (12В) осуществляется от высоковольтного источника. В процессе зарядки показатель концентрации кислоты возрастает, химическая энергия возвращается к исходным значениям, а затем вновь преобразуется в электроэнергию.

Заряд аккумулятора

Как устроен литий-ионный аккумулятор?

Его конструкция не отличается сложностью: анод из пористого углерода, литиевый катод, пластина-сепаратор между ними и проводник тока – вещество-электролит. Во время разрядки ионы отделяются от анода и движутся на литий по электролиту, минуя сепаратор. Во время питания батареи все происходит с точностью до наоборот – литий отдает ионы, углерод принимает. Так и происходит процесс ионного круговорота между разнозарядными электродами литий-ионной батареи.

Точный состав катода может отличаться в конкретной модели или у определенного производителя АКБ. Дело в том, что многие фирмы тестируют разнообразные типы литиевых соединений для того чтобы изменять показатели устройств по своему усмотрению.

Впрочем, очевидно – улучшая одни характеристики, неизбежно приходится жертвовать другими. Чаще всего литий-ионные АКБ с повышенной емкостью, заботой об эксплуатирующих его людях и природной среде оказываются чрезмерно дорогостоящими или требуют слишком много внимания.

Но чего не отнять у батарей с литием, что составляет их принципиальную разницу с другими типами аккумуляторов, так это низкий уровень саморазряда.

Основные характеристики АКБ

Ёмкость

Данная характеристика обозначает способность батареи отдавать электроэнергию. Расчёт этого значения выполняется умножением показателей силы тока и времени. Единица измерения А/ч. Ёмкость батареи имеет зависимость от конструктивных особенностей (материал, взятый при производстве электродов и сепараторов, их качество, размер и пр.), кроме того от особенностей рабочего раствора (температурный показатель и значение плотности, объем заряженности и режим разряда). Показатель ёмкости существенно понижается при низкой температуре и небольшой плотности рабочей смеси.

Номинальная ёмкость выражает кол-во отдаваемой электрической энергии. Данное значение замеряется при соблюдении следующих условий:

1. АКБ должна быть заряжена на 100%.
2. Значение тока равняется 1/20 ёмкости при беспрерывном разряде в течение 20ч.
3. Электролит должен иметь температуру 25C.
4. Значение напряжения на выходе должно быть не менее 10,5В.

Это важнейший показатель, определяющий параметры электрооборудования, работающего в авто.

Ток холодной прокрутки (ТХП)

Данная характеристика необходима для определения пусковых свойств батареи при низкой температуре. Оно измеряется при минус 18C с полностью заряженной батарей.

Показатель ТХП не должен снижааться за отметку заданного показателя в течение установленного кол-во времени. Чем больше показатель ТХП, тем проще будет заводиться мотор в зимний период.

Коэффициент заряда (КЗ)

При заряде батареи необходим значительный объем энергии. Он гораздо больше объема, который АКБ отдает. Это связано с потерями в процессе нагрева и сопутствующими химреакциями.

Для полного заряда батареи необходимо 105-110%% электрической энергии, взятой с АКБ.

Напряжение гальванических элементов

Это напряжение между плюсовыми и минусовыми отводами гальванических элементов. На показатель влияет концентрация, а также температура кислоты в рабочей смеси.

У стандартной батареи любой гальванический элемент имеет показатель 2В.

Номинальное напряжение (НН) и напряжение на выводе

В соответствии с действующими стандартами показатель НН одного элемента АКБ равняется 2В. Поскольку элементы соединены последовательным способом, общий показатель напряжения равняется сумме значений всех значений. Отсюда получается общее напряжение батареи 12В.

Напряжение на выводе — показатель напряжения, которое измеряется на отводах полюсов АКБ.

Маркировка АКБ

Напряжение газовыделения

Показатель напряжения заряда, превышение которого провоцирует выделение газа. Данный показатель связан с температурным значением. Для любого элемента он равняется 2,4В. Значит, вся АКБ имеет показатель 14,4В.

Превышение данного показателя ведет к разложению дистиллята, содержащегося в рабочем растворе. Это способствует образованию водорода и кислорода, а при их смешении образуется взрывоопасный газ.

Напряжение холостого хода (НХХ)

НХХ также называют напряжением покоя – это напряжение на отводах при отсутствии нагрузки. После заряда/разряда аккумулятора НХХ меняет показатель.

Окончательный показатель получается лишь при стабильной плотности рабочей смеси.

Потеря воды

При показателе напряжения выше 14,4В дистиллят электролита аккумулятора быстро разлагается и улетучивается. Скорость данного процесса зависит от температурного режима.

Показатель уровня рабочего раствора понижается, процент содержания кислоты возрастает, а период службы АКБ становится меньше. Из-за этого увеличивается вероятность образования искры, что может спровоцировать взрыв батареи.

Отвод газа

Для отвода газов, образованных при химреакциях, в батарее имеется газоотвод. Это обеспечивает направленный отвод газа в определенное место. Вывод газа осуществляется с разных сторон (плюс/минус) — это зависит от места его нахождения в батарее. В некоторых модификациях АКБ предусмотрено 2 отверстия для отвода газа — на обеих сторонах вывода.

Важно! Одно отверстие обязательно герметично закрывается. Если закрыто два отверстия, то аккумулятор «разорвется». Почти у всех сегодняшних батарей отвод газа осуществляется от минусового вывода.

Саморазряд

Процесс, вызванный химреакциями, происходящими внутри батареи. Он происходит даже если к аккумулятору нет подключений внешних потребителей. Показатель зависит от температурного режима и технологических процессов, применяемых при производстве батареи.

Для сведения значения к минимуму в производстве электродов не используют сурьму для сплава со свинцом, заменяя ее кальцием. Это гарантирует наименьшее значение саморазряда в ходе старения. В соответствии с установленными нормативами саморазряд АКБ равен ориентировочно 3% в месяц (0.1% в день).

АКБ в системе автомобиля

Особенности конструкций

Аккумуляторные батареи могут существенно отличаться друг от друга. К особенностям конструкции АКБ можно отнести:

1. Размер аккумулятора.
2. Состав металлического сплава пластин.
3. Вид электролита.
4. Расположение электрических выводов на корпусе.

От размера пластин и количества электролита в каждой банке будет зависеть ёмкость АКБ, поэтому изделия, устанавливаемые для запуска дизельных установок грузовых автомобилей, могут в несколько раз превышать по массе и объёму батареи для легковых авто.

От вида свинцового сплава будет зависеть внутреннее электрическое сопротивление батареи и устойчивость элемента к воздействию агрессивной среды. Также состав металла будет влиять на интенсивность испарения влаги, поэтому для необслуживаемых моделей пластины изготавливаются из легированного кальцием свинца.

От вида электролита, применяемого в банках аккумулятора, также зависит большое количество параметров батареи. Жидкий раствор замерзает при низких температурах воздуха, а при кипении приводит к испарению воды, поэтому замена его на гель позволяет существенно увеличить ресурс изделий. Гелевые аккумуляторы значительно лучше переносят глубокий разряд, что позволяет использовать их не только в качестве пусковых устройств, но и для питания силовых электрических установок.

Аккумуляторы могут отличаться и по расположению клемм на корпусе. Этот параметр следует обязательно учитывать при подборе новой АКБ, иначе потребуется удлинять плюсовой провод автомобиля, подключаемый к источнику питания.

Оптимальные условия нагрузок для АКБ

Идеальной нагрузкой для батареи остается нагрузка заряда. В процессе работы генератора питаются все потребители электроэнергии в автомобиле и осуществляется заряд батареи.

Для примера возьмем поездку на машине за городом по трассе в хорошую погоду с большой частотой вращения силового агрегата. В данных условиях генератором производится больше электроэнергии, чем необходимо всем потребителям. Остаток тока полностью уходит на заряд аккумуляторной батареи.