Art-lg.ru

Журнал Автомобилиста
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство аккумулятора автомобиля

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.

Назначение аккумулятора в автомобиле

Автомобильный аккумулятор принято обозначать аббревиатурой АКБ, что значит аккумуляторная кислотная батарея. Не все батареи относятся к этому типу, но в автомобилях наиболее распространены именно они.

Автомобильный аккумулятор

Аккумулятор является важным компонентом в работе любого транспортного средства. Он выполняет следующие основные функции:

  1. Подача электроэнергии на стартер для запуска двигателя. Аккумулятор способен в течение 30 секунд подавать пусковой ток или ток холодной прокрутки на стартер, который, в свою очередь, запускает двигатель.
  2. Питание бортовой сети в случае недостаточной мощности (производительности) генератора.
  3. Автономное питание бортовой сети автомобиля.

Каждый аккумулятор имеет определенную емкость и заряд. При работе двигателя всю нагрузку на электропитание берет на себя генератор. Он же заряжает аккумулятор во время движения. Если мощности не хватает, подключается батарея. Определенное время АКБ может обеспечить автономное питание.

Генератор выходит на оптимальный режим производительности при достижении двигателем частоты вращения коленчатого вала 1600-1800 об/мин и более.

Располагается АКБ, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля или закреплен на раме в случае крупного грузового транспорта. Это связано с тем, что кислота, находящаяся внутри, очень агрессивна и опасна для здоровья. Она может просочиться через корпус или выделиться в виде газа. С аккумулятором следует обращаться осторожно.

Более безопасны необслуживаемые АКБ, внутри которых нет жидкого электролита. Такие батареи практически не выделяют вредных паров и их можно использовать где угодно. Среди альтернативных мест размещения аккумулятора можно выделить багажное отделение и под сиденьем водителя.

Устройство аккумулятора

Конструкция большинства источников постоянного тока в легковой машине оказывается идентичной. Чаще всего попадаются свинцово-кислотные батареи с жидким электролитом внутри. Устройство такой АКБ у автомобиля можно описать схематично.

Блок двенадцативольтового прибора состоит из шести независимых банок, соединённых последовательно. Они все заключены в единый пластиковый корпус, изолирующий внутреннее устройство вашего автомобильного кислотного аккумулятора от внешней среды. Прочный каркас является стойким к механическим повреждениям снаружи и длительно противостоит возможному воздействию раствора кислоты.

Так как устроен прибор внутри в виде комплекта банок, выдающих по 2 В, то его называют батареей. Для каждой банки есть комплект положительных и отрицательных электродов, чередующихся внутри и не касающихся друг друга. Они изготовлены из токопроводящей свинцовой решётки, обработанной снаружи активной смазкой.

Пластины не должны контактировать между собой, чтобы не образовалось короткое замыкание. Для надёжности производители отделяют их сепараторами.

Электроды изготовлены из свинцовых сплавов, в состав которых могут входить вещества, обеспечивающие качественную проводимость тока и повышающие длительность эксплуатации устройства.

Дополнительными химическими элементами в свинцовых пластинах, кроме металла, выступают сурьма или кальций. Легирующие добавки снижают саморазряд и расход воды в процессе работы. Чаще всего на прилавках можно найти такие аккумуляторы:

  1. Малосурьмянистые. Они относятся к малообслуживаемым конструкциям. В составе электродов используется сурьма до 6%.
  2. Кальциевые. В них корпус и крышка лишены пробок, так как это необслуживаемые конструкции, а в электродах используется также кальций.
  3. Гибридные. Модели АКБ, в которых минусовой электрод изготовлен из сплава свинец + кальций, а плюсовой изготовлен из сплава свинец + сурьма.
Читать еще:  Как зарегистрировать прицеп для легкового автомобиля

Встроенная внутрь решётка может быть изготовлена по различным технологиям, например, просечкой или литьём. Крупные производители патентуют свою конструкцию, защищая её. Для улучшения прочности разработчики могут усиливать решётки направляющими либо опорными рамами. Внутри расположение бывает вертикальное или в шахматном порядке.

Подготовленная жидкость, располагающаяся между электродами, представляет собой водяной раствор серной кислоты с плотностью около 1,28 г/мл. Она называется электролитом. В более прогрессивных моделях используется не жидкость, а гелеобразная масса. Для сгущения применяется оксид кремния.

Li-Pol аккумуляторные батареи

Литий-полимерные — это следующий этап развития литий-ионных АКБ. Принципиальная разница понятна из названия — в качестве электролита начинает использоваться полимерное соединение. Из-за прочности существующих в нем химических связей такой аккумулятор становится максимально безопасным, неправильная эксплуатация может сломать его самого, но не нанести вред владельцу, как это бывало с литиевыми АКБ с жидким наполнителем. Полимерный неопасно перегревать или протыкать острым предметом, в то время как жидкостной элемент уже давно бы взорвался.

Еще один огромный плюс Li-Pol батарей — их огромная проводимость. Из-за того, что в процессе реакций на анодах и катодах батарея приобретает свойства хорошего полупроводника, она способна передавать ток, в разы превышающий ее собственную электроемкость.

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

Типы аккумуляторов

Электротехническое оборудование, являющееся источником электричества, называют аккумулятором. В результате химических реакций освобождённая энергия преобразуется в электрический ток. АКБ прочно вошли во многие сферы деятельности человека. Например, без аккумуляторной батареи любой транспорт будет обездвижен. На сегодня можно выделить 4 группы мобильных источников тока:

  1. Свинцово-кислотные.
  2. Литий-ионные.
  3. Никель-кадмиевые.
  4. Никель-железные.

Читателей больше интересуют те аккумуляторы, с которыми они сталкиваются в быту. Это акб, которые применяются для:

  • автомобилей;
  • шуруповёртов;
  • мобильных телефонов и ноутбуков;
  • пальчиковые акб.

Кислотный аккумулятор для автомобилей

Устройство аккумулятора для автомобиля состоит из следующих компонентов:

  1. Корпус сделан из кислотоупорного пластика.
  2. Сверху установлена крышка с заливочными отверстиями и двумя разнополюсными клеммами.

  1. Внутри контейнера находится 6 банок.
  2. В каждой банке – пакет из свинцовых пластин и пластинок из диоксида свинца. Между ними проложены диэлектрические сепараторные прокладки.
  3. Все банки залиты электролитом – водным раствором серной кислоты.
  4. Заливные отверстия имеют книзу форму конуса, в донышках которых сделан паз. Это нужно для визуального контроля уровня электролита.
  5. Последовательно соединённые свинцовыми дорожками группы пакетов (плюсовые и минусовые) выведены на клеммы аккумулятора.
  6. Отверстия в банках закрыты завинчивающими пробками с воздушными клапанами. В случае перегрузки пары кипящего электролита выбрасываются через них в атмосферу.

Принцип работы аккумулятора основан на том, что в результате взаимодействия электролита с катодными и анодными пластинами возникает электрический ток, который поступает на внешние полюсные выводы. В результате протекания электрохимической реакции плотность электролита падает, и вода начинает испаряться. На положительных свинцовых пластинах появляется слой сульфата свинца.

При подключении акб к зарядному прибору возобновляется процесс в обратном порядке: сульфат преобразуется обратно в свинец, и повышается плотность электролита.

Важно! Нужно регулярно проверять высоту поверхности электролита. Донышко конуса должно быть вровень с уровнем жидкости. Если оно сухое, то необходимо долить дистиллированную воду. В противном случае оголившиеся пластины внутри банки будут разрушаться, и АКБ выйдет из строя.

Читать еще:  Основные симптомы неисправности катушки зажигания

Щелочная аккумуляторная батарея

Принцип действия аккумулятора со щелочным электролитом ничем не отличается от работы свинцово-кислотной батареи. Различие заключается в том, что вместо раствора серной кислоты в батарею заливают раствор едкого кали. Кроме того, отрицательные пластинки сделаны из кадмия губчатой структуры с примесью железа. Анодные пластинки выполнены из никеля в смеси с чешуйчатым графитом. Установленные в банках пары пластинок параллельно соединены между собой.

Во время зарядки валентность никеля меняет своё значение с 2 до 8, и он становится гидратом окиси. Окиси кадмия и железа становятся металлами. Когда аккумулятор разряжается, процессы протекают в обратном порядке.

По сравнению с кислотными собратьями, щелочные источники электроэнергии устойчиво переносят нагрузки механического характера – тряску и удары. Испарение вредных газов происходит в незначительном количестве. Батареи легко переносят перезарядку.

К сведению. Единственным недостатком щелочного электрооборудования из-за применения дорогостоящих материалов является его высокая стоимость (в 4 раза дороже кислотных батарей).

Аккумулятор шуруповёрта

Мобильный шуруповёрт не связан кабелем с электросетью. Его питание осуществляется за счёт аккумуляторного блока, который вставляют в рукоятку электроинструмента. Компактное расположение акб снизу ручки позволяет легко и удобно пользоваться шуруповёртом.

Блок питания оснащён выступом, на котором видно расположение контактных клемм. Они служат, как для подключения питания к самому инструменту, так и для подсоединения к зарядному устройству. Внутри контейнера помещены сами аккумуляторные батарейки. Они относятся к классу литиево-ионных аккумуляторов. Элементы сделаны в неразборном исполнении, и они не подлежат ремонту.

Батареи объединены проводами от плюса к минусу, приваренными к выводам точечной сваркой. Брендовые устройства оснащены термодатчиками, которые отключают питание в случае перегрева батарей (свыше 500С), как при работе инструмента, так и во время зарядки.

Внутри зарядного устройства находятся электронная плата управления процессом зарядки и микросхема, отвечающая за отключение и возобновление работы зарядного устройства.

Ремонт аккумуляторного блока шуруповёрта

  1. Контейнер вскрывают, вывинчивая винты в его корпусе.
  2. Отрезают провода от блока аккумуляторных батарей.
  3. Новые батарейки оборачивают скотчем в том же порядке, в каком было расположение старых элементов.
  4. На выводы полюсов накладывают полоску из никеля.
  5. Точечной сваркой соединяют никелевую дорожку с полюсами батареек.
  6. Также приваривают соединительные провода к концевым выводам акб и клеммам корпуса.
  7. Блок устанавливают в контейнер и закрывают крышкой.
  8. Новый аккумулятор вставляют в зарядное устройство.
  9. По окончании зарядки аккумулятор готов к работе.

Дополнительная информация. Для того чтобы заменить старые аккумуляторные элементы на новые батареи, нужно использовать только точечную сварку.

АКБ для мобильных телефонов

Простые мобильные телефонные аппараты вытесняются из сферы пользования смартфонами. Все они в своих корпусах имеют литиевые батареи. На них нанесена маркировка – Li-ion battery. Они бывают разных размеров, различной ёмкости, в зависимости от модели телефона и производителя.

Внутри алюминиевого корпуса батареи помещены плёнки из графита и диоксида лития. Электролит выглядит в виде густой смазки, который заполняет пространство между листками. На одной из сторон акб установлена электронная плата управления.

Батарея мобильного телефона во время зарядки остаётся на своём месте. Телефон подключают кабелем к бытовой электросети. Полная зарядка аппарата будет видна на его экране в виде заполненного окошка.

Телефонные аккумуляторы не подлежат ремонту и разборке. При вскрытии корпуса можно отравиться ядовитыми испарениями электролита. Поэтому важна их утилизация отдельно от бытового мусора.

Следует заметить! Аккумуляторы для ноутбуков устроены таким же образом.

Пальчиковые аккумуляторные батарейки

Самый распространённый стандарт пальчиковых батарей – это аккумуляторы 18650. Цифры на маркировке обозначают размеры устройства: 18 мм – диаметр, 65 мм – длина корпуса.

Пальчиковая акб состоит из графитовой плёнки (анода) и расположенного внутри неё алюминиевого катода. Пространство между катодом и анодом заполнено густой смазкой из электролита. Всё это заключено в прочный алюминиевый корпус. По сторонам цилиндра находятся выводы батарейки. Плюсовая клемма выглядит в виде диска с цилиндрическим выступом, минусовый полюс сделан плоским пятачком.

Под плюсовой клеммой установлена микро плата – контроллер. Электронная схема, покрытая фольгой, служит для того, чтобы не допускать перегрев и перезаряд батареи во время процесса её зарядки.

Читать еще:  Черный нагар на свечах зажигания: причины

В брендовых изделиях изготовитель вставляет предохранительные клапаны, которые сбрасывают избыточное давление паров электролита при перегрузке акб.

Дополнительная информация. В дешёвых батарейках отсутствует защитная плата, что может вызвать разрушение содержимого аккумулятора. «Выгодная» покупка может обернуться различными неприятностями, вплоть до взрыва пальчиковой батареи.

Ремонт пальчиковых аккумуляторных батареек

Бывает, что практически новая дорогостоящая батарея перестаёт полноценно работать. Во всём виновата перегоревшая защитная плата.

Отремонтировать такую батарейку можно следующим образом:

  1. С корпуса удаляют полимерную оболочку.
  2. Кусачками удаляют контактную ленту.
  3. Вокруг плюсовой клеммы прорезают острым ножом щель. Осторожно приподнимают её.
  4. Из-под клеммы удаляют защитную плату.
  5. Плюсовой вывод ставят на место.
  6. Восстанавливают полимерное покрытие. Если нет фирменной плёнки, то батарею можно обернуть скотчем.

Важно! Отремонтированный аккумулятор нужно эксплуатировать с учётом того, что защита на нём отсутствует. Если элемент не перегружать, то он прослужит не один год.

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.

Из чего состоит аккумулятор

Автомобильный элемент питания собирается на заводе из многих элементов, поэтому для понимания принципа работы источника электрического тока необходимо знать назначение каждого компонента. Аккумуляторная батарея состоит из следующих частей.

Корпус. Современная АКБ изготавливается из ударопрочного полипропилена. Этот материал хорошо переносит не только повышенные механические нагрузки и вибрации, но и устойчив к воздействую кислоты, которая в виде раствора заполняет внутренние полости батареи. Кроме этого полипропилен устойчив к большим перепадам температуры. Корпус АКБ разделён на 6 герметически отделённых между собой секций, в которые, в процессе изготовления батареи, устанавливаются свинцовые электроды и сепараторы.

Сепараторы. Сепараторы устанавливаются между электродами и служат диэлектриками, которые надёжно предохраняет элементы батареи от короткого замыкания. Эти элементы также изготавливаются из кислотоустойчивого полимера, который не разрушается при воздействии агрессивной среды в течение всего времени эксплуатации АКБ.

Электроды. В большинстве выпускаемых аккумуляторных батарей используются свинцовые пластины с различными примесями, в ячейках которых находится масса, состоящая из свинцового порошка и серной кислоты. Пластины современных аккумуляторов могут быть изготовлены из свинца легированного кальцием, что позволяет значительно увеличить ресурс батареи.

Электролит. Электролит представляет собой раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Эта жидкость необходима для того, чтобы электрический ток свободно протекал от отрицательных электродов к положительным. В дорогих батареях вместо жидкого электролита он может быть запечатанным использован гель. Благодаря этим качествам гелевые аккумуляторы выпускаются в виде полностью необслуживаемых изделий.

Клеммы. У всех батарей имеются клеммы, они могут быть разных типов стандартные (европейские), ASIA (тонкие конусы для азиатских автомобилей) и винтовые (для американских автомобилей). Изредка можно встреть батареи с четырьмя клеммами на корпусе.

Дополнительный функционал:

  • У необслуживаемых батарей вместо стандартных шести пробок по бокам имеются 2 клапана сброса давления (в случае закипания электролита через них будет сбрасываться газ).
  • Некоторые аккумуляторы оснащены «глазком», с помощью которого можно легко определить степень заряженности и уровень электролита.

Области применения АКБ

Аккумуляторные батареи получили широчайшее распространение во всех видах технических устройств. Без них не обходится ни одно портативное электронное устройство: от наручных часов до ноутбуков. Даже в простых электрических фонарях производители предпочитают использовать встроенные АКБ вместо сменных элементов питания.

Не стали исключением и автомобили. В машинах привычных конструкций автомобильный аккумулятор используется для запуска двигателя и бесперебойного питания бортовой электрики и электроники. В набирающих всё большую популярность гибридных и электромобилях аккумуляторы играют ещё более важную роль. Причём в этом случае требования, предъявляемые к устройству АКБ автомобиля, ещё выше.

Крайне важны такие параметры: ток запуска, глубина разряда и максимальное количество циклов перезарядки, которое способен выдержать аккумулятор. Можно смело утверждать, что современный образ жизни был бы невозможен без аккумуляторных батарей.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector