Аккумулятор – что внутри и как работает

24.10.2022 12:03:56

Автомобильная батарея — это источник электроэнергии постоянного тока, которую она не производит сама, а хранит в виде химической энергии. В автомобиле аккумулятор используется для питания электрических устройств при выключенном двигателе внутреннего сгорания. Электрическая энергия аккумуляторной батареи, потребляемая при стоянке автомобиля или запуске двигателя, восполняется во время движения от генератора переменного тока, процессы потребления и восполнения электроэнергии периодически повторяются.

Все более технологичные автомобили с увеличением количества современного электрооборудования вынуждают производителей аккумуляторов производить все более надежные источники энергии. Современные АКБ должны иметь увеличенный срок службы и быть полностью необслуживаемыми, а также иметь высокий пусковой ток и быть устойчивыми к влиянию высоких температур в моторном отсеке, а также к низким температурам зимой. Как работают аккумуляторы для машины - рассказывают специалисты компании АКБ Мастер.

Устройство автомобильного аккумулятора – общие принципы

Стандартный автомобильный аккумулятор представляет собой набор из 6 независимых элементов, замкнутых в отдельные ячейки внутри корпуса (специалисты называют ячейками) с напряжением около 2,1В каждая, соединенных последовательно, что должно давать 12,6В.

Отдельный аккумуляторный элемент состоит из положительных и отрицательных пластин, расположенных поочередно в виде сетки, ячейки которой заполнены активной массой. Расстояние между пластинами должно быть достаточно большим, чтобы вместить разделители и предотвратить механическое короткое замыкание. Обе пластины погружены в электролит, т.е. раствор серной кислоты (в жидкой или гелеобразной форме). Следует отметить, что в случае аккумуляторов AGM электролитом также может быть пропитанный мат из стекловолокна (Absorbent Matt Glass).

Два основных технических параметра АКБ помимо напряжения (в большинстве легковых автомобилей установлена установка на 12 вольт, в случае грузовиков установка на 24 вольта, и тогда две 12-вольтовые батареи должны быть соединены вместе):

• Емкость - выражается в ампер-часах (Ач). Это количество электроэнергии, которое батарея способна отдать при соответствующих условиях тока. Емкость аккумулятора зависит от площади поверхности пластин в аккумуляторе. Чем их больше, чем больше площадь их поверхности, тем больше емкость АКБ.
• Пусковой ток, выраженный в амперах (А), также называемый холодным током. Его размер определяется напряжением на ячейке, которое при -18 градусах С должно указывать: потенциал 1,4 В при разряде в течение 30 секунд и потенциал 1,0 В при разряде в течение 180 секунд. Чем больше пусковой ток, тем «сильнее» батарея.

В зависимости от типа транспортного средства используются АКБ с соответствующими емкостями и значениями пускового тока. Например, для дизельных автомобилей рекомендуются аккумуляторы с более высоким пусковым током из-за более высокой степени сжатия.

Что касается мощности, то она должна быть тем больше, чем больше у нас в машине потребителей электроэнергии. Тем не менее, это следует проконсультироваться со специалистом, потому что, если наш автомобиль имеет генератор с эффективностью, не адаптированной к аккумулятору большей емкости, существует риск того, что генератор не сможет зарядить АКБ во время движения и, как следствие, он будет постоянно недозаряжаться.

Аккумуляторная батарея и температурный режим

Низкие температуры неблагоприятны для работы аккумуляторов . Полнофункциональная батарея со 100% емкостью при 25°С, 80% емкостью при 0°С и только 60% при 25°С. Если батарея уже частично разряжена, ее электрическая емкость будет еще ниже при низких температурах.

То же самое относится и к пусковому току, значение которого также уменьшается при понижении температуры. Сообщается, что при -18°C пусковая емкость аккумулятора составляет 50% от таковой при 20°C. При этом потребность двигателя в этой мощности возрастает именно при низких температурах

Устройство свинцовой аккумуляторной батареи

Аккумулятор состоит из нескольких последовательно соединенных элементов, погруженных в разбавленную серную кислоту (H2SO4). Внешние элементы АКБ имеют выводы с соблюдением полярности для подключения к электрической цепи. Основной принцип схемы – положительное звено ведет к положительному полюсу, отрицательное – к отрицательному полюсу.

Количество ячеек зависит от того, какое напряжение должно быть получено в конечной фазе. 6-вольтовый состоит из 3 последовательно соединенных ячеек, и 12-вольтовый, состоит из 6 последовательно соединенных ячеек. Приведенная выше зависимость обусловлена тем, что одна ячейка способна генерировать напряжение 2,1 В.

• Аккумуляторный блок (корпус) - изготовлен из кислотостойкого материала. В большинстве случаев для его изготовления используется полипропилен. Аккумуляторный блок на 12В состоит из шести элементов, а аккумуляторный блок на 6 В состоит из трех элементов. Каждая ячейка - это отдельная ячейка, она должна быть герметичной, и электролит не может перетекать между ячейками. В нижней части корпуса имеются пороги, на которые опирается набор плит. Между этими порогами могут накапливаться примеси, а также активная масса, стекающая с пластин.
• Крышка (крышка с лабиринтом) – это очень важный элемент корпуса батареи. Его задача – гарантировать герметичность, отводить выделяющиеся при работе АКБ газы и защищать от взрыва. Крышки сервисных аккумуляторов имеют систему вентиляции и пробки, через которые при необходимости можно долить электролит. Крышки необслуживаемых аккумуляторов плотно закрыты и доливка электролита через них отсутствует. Эти крышки имеют специальную лабиринтную систему, препятствующую испарению электролита при интенсивной эксплуатации аккумулятора и вызывающую его конденсацию на элементах.
• Сетка (сетка) – это структурный скелет, поддерживающий активную массу и проводник электрического тока. Он выполняет одну и ту же функцию как в положительных, так и в отрицательных пластинах. Основным составом сплава решетки является свинец. Для улучшения электрических и механических свойств и коррозионной стойкости добавляют алюминий, олово, известь и серебро.
• Положительная пластина АКБ – создается за счет нанесения активной массой из двуокиси свинца (PbO2) на решетку. Имеет оранжевый цвет, в последствии становится коричневой.
• Отрицательная пластина АКБ – создается в процессе нанесения на решетку активной массы из губчатого свинца (Pb). Имеет серый цвет, который не изменяется. Отрицательная пластина тоньше положительной.
• Разделитель – представляет собой прокладку из непроводящего материала, задачей которой является отделение положительной пластины от отрицательной, а также она должна обеспечивать свободное перемещение электролита. Как правило, он изготавливается из пластичного материала с соответствующей пористостью, через который может свободно протекать ток.
• Ячейка аккумулятора – это набор положительных и отрицательных пластин, разделенных сепаратором. Емкость аккумулятора зависит от количества активных масс, а пусковой ток зависит от количества пластин.
• Электролит – это раствор серной кислоты, в который погружены пластины. Электролит проводит электричество между пластинами. Его плотность составляет 1,28 г/см3 при 25oC с правильно заряженным аккумулятором. Уровень электролита в АКБ должен быть на 1,5 см выше верхних краев пластин.

Гелевый аккумулятор — устройство и принцип работы

Одной из самых популярных на рынке сегодня является гелевая батарея, которая превосходит по своей эргономике обычно используемые свинцово-кислотные батареи. Первые гелевые АКБ появились в автомобилях еще в 1960-х годах. В настоящее время данные типы АКБ представляют собой весьма практичные устройства для хранения электроэнергии, отличающиеся высокой герметичностью, благодаря чему их можно безопасно транспортировать практически в любом положении. Их не обязательно размещать только в горизонтальном положении, в отличие от стандартных аккумуляторов, и они не требуют постоянного пополнения электролита, потому что наполненный ими гель не испаряется и не разлагается каким-либо другим образом. Гелевая батарея — это просто устройство, относящееся к так называемым необслуживаемым АКБ. Что нужно знать об устройстве такого оборудования:

• Гель в качестве электролита

В случае гелевых аккумуляторов жидкий электролит заменен высококачественным гелем на основе серной кислоты и кремнезема. Он проводит электричество, а функцию коллекторов выполняют решетки из сурьмы. Эти типы АКБ чаще всего создаются как VRLA (свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном). Свойства и параметры гелевых аккумуляторов определенно превосходят другие доступные в настоящее время конструкции аккумуляторов.

• Преимущества гелевых ячеек

Практически нулевой риск утечки электролита. Свобода сборки - без необходимости устанавливать только в горизонтальном положении. Высокая устойчивость АКБ к ударам и механическим повреждениям. Саморазряд на очень низком уровне. Устойчивость к глубокому разряду. Сохранение свойств, несмотря на множество последовательных зарядов и разрядов

• Гелевый аккумулятор не только для легковых автомобилей

Очень часто гелевые аккумуляторы путают с аккумуляторами типа AGM, которые также относятся к необслуживаемым устройствам. Если вы думаете, что у вас в машине стоит гелевая батарея, то, скорее всего, вы ошибаетесь. Эти устройства не следует использовать для запуска легковых автомобилей, потому что гелевые аккумуляторы показывают малую мощность при подаче высокоэффективного электричества, поэтому для запуска двигателя в автомобиле его просто недостаточно. Чаще всего гелевые элементы используются в двухколесных транспортных средствах, т. е. скутерах, мопедах и т. д. Их также можно встретить в гольф-карах, автодомах, машинах скорой помощи и других транспортных средствах, оснащенных большим количеством электроприборов.

AGM технология – устройство аккумулятора

Суть работы технологии Absorbent Glass Mat, используемой в аккумуляторах, основана на использовании сепараторов из стекловолокна, поглощающих электролит, что в свою очередь выливается в повышение качества цикловой работы. Маты, размещенные между свинцовыми пластинами, отличаются высокой впитывающей способностью, значительно превышающей объем жидкости, содержащейся в аккумуляторе. Это решение влияет на срок службы батареи, увеличивает количество циклов, позволяя многократно заряжать и разряжать элементы без потери рабочих параметров устройства. В этом механизме используется односторонний клапан для сброса избыточного давления внутри аккумулятора, что может привести к протечке корпуса. Стоит добавить, что даже в случае протечки маты из стекловолокна остановят утечку электролита за пределы изоляции аккумулятора.

Особенность конструкции определяет высокую эффективность оборудования, использование технологии AGM гарантирует очень низкое внутреннее сопротивление, что приводит к более короткому времени реакции между электродами и электролитом. Высокий КПД при сохранении небольших размеров позволяет производить установку в труднодоступных местах. Кроме того, впитывающие маты обладают двумя дополнительными преимуществами. Они гарантируют, что низкая температура не вызовет протечки корпуса АКБ из-за изменения объема электролита, а также повышают устойчивость аккумулятора к ударам и вибрациям.

Есть ли минусы у такого устройства? Зарядка AGM аккумуляторов остается проблематичным вопросом, так как требует определенных условий. Целесообразно использовать стабилизаторы напряжения, способные на постоянной основе регулировать уровень электропитания в соответствии с требованиями, указанными производителем. Перезарядка AGM-аккумулятора может отрицательно сказаться на его сроке службы, уменьшив емкость запасенной энергии. Также длительное воздействие низких температур сокращает срок службы AGM батареи.

Если вы планируете покупку новой АКБ, обратитесь к экспертам компании АКБ Мастер, которые детально проконсультируют по конструкционным и эксплуатационным характеристикам оборудования, и помогут подобрать лучший вариант.