Аккумуляторная батарея предназначена для питания током потребителей до пуска двигателя и для пуска двигателя. На погрузчиках применяются кислотные аккумуляторные батареи. Аккумуляторная батарея состоит из нескольких аккумуляторов соединённых последовательно. Аккумулятор – это химический возобновляемый источник электрической энергии. Действие аккумулятора основано на последовательном превращении электрической энергии в химическую (зарядка) и обратно – химической энергии в электрическую (разрядка).

Аккумуляторная батарея состоит из бака 4, разделённого внутри перегородками на отделения. В каждом из них (банке) помещается один аккумулятор. Бак изготавливают из кислостойкой пластмассы или эбонита. Он имеет на дне рёбра 3, на которые опираются пластины. В каждую банку помещён набор положительных 2 и отрицательных 1 пластин.

Пластины аккумулятора изготавливают в виде решёток, заполненных активной массой – порошкообразным свинцом. Для увеличения запаса энергии число парных пластин увеличивают. Количество электричества, которое отдаёт полностью заряженный аккумулятор при непрерывном разряде постоянной силой тока до определённого конечного напряжения, называют ёмкостью аккумулятора. Ёмкость аккумулятора измеряют в ампер-часах.

Положительные пластины соединены с полюсным штырём, имеющий знак «+», а отрицательные – с полюсным штырём со знаком «-». Положительная пластина расположена между отрицательными пластинами, поэтому отрицательных пластин на одну больше, чем положительных. Пластины разделены пористыми перегородками – сепараторами 9. они изготовлены из микропористой пластмассы или стекловолокна. Сепараторы предотвращают короткое замыкание пластин и свободно пропускают электролит. Банку закрывают крышкой 6, в которой предусмотрено отверстие для заполнения банки электролитом.

Заливное отверстие закрывается пробкой 5. В пробке расположено вентиляционное отверстие, сообщающее полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода газов, выделяющихся при химических реакциях.

На аккумуляторе указывают марку. Например: 6 СТ – 50 ЭМ. Её расшифровывают следующим образом:

6 – число последовательно соединённых аккумуляторов;

СТ – батарея стартерная;

50 – номинальная ёмкость батареи в ампер-часах при 20-часовом разрядном токе 2,5 А;

Э – материал бака – эбонит;

М – материал сепараторов – микропористая пластмасса;

Электролит изготавливают из серной кислоты H 2 SO 4 и дистиллированной воды. Соотношение кислоты и воды в электролите определяют по его плотности. Плотность измеряют денсиметром (ареометром). Плотность электролита для нашего региона должна быть 1,27 – 1,28 г/см 3 . Уровень электролита в аккумуляторе должен быть на 10-15мм выше уровня пластин.

Во время эксплуатации аккумуляторной батареи необходимо:

Контролировать уровень электролита;

Следить затем, чтобы наконечники проводов были надёжно закреплены и имели хороший контакт;

В случае окисления клемм и наконечников проводов необходимо провода отсоединить, клеммы и наконечники проводов зачистить, затем поставить на место, создав хороший контакт и смазать техническим вазелином;

Следить затем, чтобы поверхность аккумулятора была чистой и сухой (пыль электропроводна, может протекать ток утечки, и АКБ будет разряжаться).

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.

Следующее:

1. корпус, внутри которого залит электролит;
2. положительный контактный вывод;
3. отрицательный контактный вывод;
4. положительная пластина (анод);
5. отрицательная пластина (катод);
6. пробка, внутри которой заливная горловина (есть не у всех современных аккумуляторов).

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.

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:

• трансформатор,
• выпрямитель,
• генератор импульсов
• ключ на тиристоре.

Для заряда автомобильных аккумуляторов достаточно выдержать определённое время заряда и измерить в конце напряжение на аккумуляторе вольтметром.

Важнейшим элементом электрооборудования автомобиля, а также мобильных телефонов, электроинструментов, некоторых часов и многих других бытовых приборов является аккумуляторная батарея. Устройство аккумулятора и похожи во всех этих предметах, хотя виды накопителей могут быть различными. Однако у разных приборов могут быть свои особенности. В этой статье мы разберем принцип действия автомобильного аккумулятора и устройство литий-ионной аккумуляторной батареи (АКБ) для другой, менее крупной техники.

Назначение автомобильного аккумулятора

Что касается автомобиля, здесь АКБ играет решающую роль при запуске двигателя (питание стартера). К тому же от него работают все электроприборы (такие, как фары), когда мотор выключен, и генератор не работает. И даже когда работает, накопитель выступает «помощником» в случаях, если нагрузка слишком большая - например, в «пробке», когда энергии генератора не очень много.

Для авто применяются различные , среди них:

• - иногда называются просто кислотными, применяются чаще всего;
• железо-никелевые - на втором месте по частоте использования;
• никель-кадмиевые;
• серебряно-цинковые - в современных моделях практически не применяются, так как быстро изнашиваются и при этом имеют высокую себестоимость.

Принцип работы кислотного аккумулятора основан на чистой серной кислоте, разбавленной дистиллированной водой для достижения необходимой плотности. Ею залиты пакеты из положительно и отрицательно заряженных свинцовых пластин. Пластины разделены диэлектрическим материалом. Каждая пара параллельно соединенных пластинок являет собой источник тока. Все пластины объединены в модули (банки). Как правило, модулей шесть, и они соединены между собой. Оболочка батареи сделана из устойчивого к агрессивной среде материала.

Когда эта конструкция в действии, пластинки под влиянием серной кислоты выделяют сульфат свинца, и в результате образуется электрическая энергия. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным.

Устройство щелочного аккумулятора аналогично кислотному, но используются другие химические элементы, в том числе самого корпуса контейнера. Практически во всех российских машинах установлены щелочные аккумуляторы, так как они отличаются низкой стоимостью и высокой надежностью.

Таким образом, устройство аккумулятора автомобиля основано на следующих принципах:

• переход электроэнергии в химическую (когда заряжается);
• переход химической энергии в электрическую (когда он разряжается).

Определенные типы АКБ требуют регулярного обслуживания, то есть контроля уровня электролита. Чтобы обслужить такую батарею, нужно иметь навыки автомобильного мастера или обращаться в сервис.

Однако в последнее время появилось понятие автомобиля. Это не означает, что его не нужно заряжать. Просто он не требует операций по проверке и доливке электролита. Но помните, что у некоторых из них (типа Ca/Ca, где электроды сделаны из сплава свинца с кальцием) есть недостаток - при сильной разрядке они ощутимо теряют емкость, и несколько таких случаев приводят к непригодности необслуживаемого АКБ к дальнейшему использованию.

Разобрав устройство автомобильного аккумулятора, перейдем к работе Li-ion аккумулятора.

Li-ion батарея

Литий-ионная АКБ не применяется в автомобилестроении, если речь не идет об электромобилях, но получила широкое распространение в устройствах вроде мобильного телефона.

Где применяют Li-ion аккумуляторные батареи?

Технология Li-ion может использоваться в самых разных приборах, от аккумулятора ноутбука или сотового телефона до аккумулятора шуруповерта. Литиевым, как правило, является внешний аккумулятор для смартфона или другого электронного устройства.

Внешний аккумулятор в последнее время стал популярным, когда выяснилось, что встроенные накопители в бытовой электронике последних моделей не позволяют держать заряд длительное время. Тогда получили распространение дополнительные приспособления, которые накапливают гораздо больший заряд и могут впоследствии работать вдали от розеток для подзарядки меньших по размеру, но слабых встроенных батарей. Такое приспособление и называется внешний аккумулятор.

Он работает точно так же, как и все остальные АКБ: накапливает заряд, а потом отдает электроэнергию. Только она используется не напрямую для работы каких-либо устройств, а для зарядки других батарей. Иногда внешний аккумулятор приобретают не только для мобильников, но и для аккумулятора ноутбука, фотоаппарата или других устройств.

Внешний аккумулятор может иметь различные размеры, форму и емкость. От этих параметров, соответственно, зависит его цена. Так что для каждого из множества смартфонов можно подобрать портативное зарядное устройство, соответствующее потребностям. Если у вас несколько электронных приборов, которым может потребоваться зарядка «в полях», рекомендуется подбирать универсальный портативный зарядник: для аккумулятора ноутбука, телефона, плеера и всего остального.

Li-ion АКБ в электроинструментах

Напоследок скажем несколько слов об аккумуляторе шуруповерта, дрели и других инструментов. Ранее такие АКБ были чаще всего никель-кадмиевыми (Ni-Cd). Сейчас они устарели, но до сих пор распространены ввиду низкой стоимости. Основные недостатки - быстрый саморазряд и довольно ощутимая потеря емкости со временем.

Сейчас на смену им пришли два типа АКБ:

• Никель-металл-гидридные (Ni-MH) - больше емкость, чем у Ni-Cd, меньше саморазряд, выше цена.
• Литий-ионные - недостатков, выраженных у других типов, нет. Вместе с тем «не любят» полного разряда или перезаряда, в последнем случае могут взорваться. Стоят дороже других видов батарей.

Таким образом, в качестве аккумулятора шуруповерта рекомендуют выбирать никель-металл-гидридный, но при профессиональном (частом и длительном) применении лучше подойдет литий-ионный.

Автомобильный аккумулятор выполняет три функции. Основанная функция АКБ - это запуск двигателя. Также, батарея питает бортовые электрические устройства - при неработающем двигателе. Вторая важная функция - возможность аварийного питания, источником которого аккумулятор выступает в случае поломки генератора. Третья функция - это достижение баланса напряжения, которое поступает от генератора. Эта функция характерна для инжекторных двигателей.

Устройство аккумулятора автомобиля существенно не меняется уже много десятилетий. Хотя развитие технологий и появление новых материалов более высокого качества способствует более надежной конструкции и работе АКБ.

Основу работы аккумулятора составляет принцип возникновения разности потенциалов - то есть, напряжения. Оно возникает между пластинами, которые погружены в раствор электролита.

АКБ - устройство, которое, в зависимости от типа и производителя, имеет определенные конструктивно-технологические различия. Но общий принцип - одинаков: все аккумуляторные батареи содержат электроды, разделенные сепараторами, и помещенные в пространство, заполненное электролитом.

Корпус

Корпус аккумулятора состоит из двух частей: основной глубокой емкости и закрывающей крышки. Она может быть оснащена горловинами с пробками или системой, при помощи которой стабилизируется давление внутри батареи, и отводится образующийся газ. Конструкция корпуса зависит от типа АКБ.

Сам корпус изготовлен из материала, к которому предъявляются большие требования прочности и безопасности. Он должен быть устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, переносить колебания температуры и сильную вибрацию. В большинстве современных аккумуляторов корпус сделан из полипропилена.

Внутренние отсеки

Стандартное устройство аккумуляторной батареи представляет собой контейнер, состоящий из шести секций (или, как их называют, «банок»). Каждая секция - это отдельный источник питания. Она вырабатывает порядка 2 - 2,1 В. Стандартная АКБ рассчитана на 12 В.

В каждой из ячеек находится набор (или пакет) из отдельных пластин с чередующейся полярностью. То есть, одна пластина положительная, другая отрицательная. Причем, пластины отделены друг от друга. Пластины сделаны из свинца и имеют решетчатую структуру в виде прямоугольных сот. Это облегчает нанесение них активной массы - основного рабочего реагента.

Пластины

Для увеличения прочности пластин в них добавляют сурьму. У этой технологии есть и свои недостатки: присутствие сурьмы способствует выкипанию воды из электролита. Это - основная причина, по которой практически во все типы АКБ необходимо доливать воду. Но технологии не стоят на месте. Устройство автомобильных аккумуляторов совершенствуется. Количество сурьмы в свинцовых пластинах значительно уменьшилось, благодаря чему появились малообслуживаемые и гибридные аккумуляторы.

На положительный электрод наносится двуокись свинца, на отрицательный - губчатый свинец. Внутрь заливается электролит, который является водным раствором серной кислоты.

Каждая чередующаяся пластина является электродом, имеющим противоположную полярность. Таким образом, с целью предотвращения замыкания, между каждой парой пластин располагается сепаратор. Он изготовлен из пористого пластика и не создает препятствий для циркуляции электролита внутри ячейки.

Пластин с отрицательной полярностью больше на 1 единицу, так как каждая пластина с положительным зарядом помещена между двумя отрицательными (минусовыми).

Пакет с пластинами надежно фиксируется, чтобы предотвратить смещение и деформацию. Фиксация осуществляется при помощи специального бандажа. Токовыводы пластин (плюсовые и минусовые) объединены в пары. Концентрация энергии происходит при помощи токосборников - на выводные борны аккумулятора. К ним токоприемные клеммы.

Устройство АКБ обеспечивает максимальную надежность. Современные аккумуляторы - это качественные устройства, выступающие источниками питания даже для самых мощных автомобилей.

Виды современных аккумуляторов

Современные АКБ подразделяются на два основных вида: классические и необслуживаемые. Классические существуют уже больше ста лет и описаны выше. Необслуживаемые аккумуляторные батареи были созданы всего несколько десятилетий назад. Они эффективно работают в любом, даже перевернутом, положении. Вместо жидкого электролита в них применяется гелиевый, или адсорбированный сепараторами. Устройство автомобильного аккумулятора, который является необслуживаемым, подразумевает максимальную герметичность. Для отвода газов, которые выделяются при заряде и разряде, предусмотрен специальный клапан.

Главное различие необслуживаемых АКБ от классических - в более низких разрядных и зарядных токах. Причина - в конструкции необслуживаемых батарей. При больших токах классическая АКБ активно выделяет газ и «закипает». У необслуживаемых и герметизированных батарей этого нет.

Теперь уже общеизвестно, что аккумуляторы входят в состав многих устройств и являются незаменимой их частью. Автомобиль в данном случае не является исключением. Тем не менее, до сих пор спорным остается вопрос о том, как правильно его использовать. Разобраться в этом может помочь более детальное представление об устройстве аккумулятора.

История появления аккумулятора

Давно было замечено, что если две заизолированные пластины погрузить в кислотный или щелочной раствор, то на них возникнет разность потенциалов или напряжение. Самый первый прообраз современного аккумулятора представлял собой две пластины - медную и цинковую, погруженные в электролит. Он работал довольно непродолжительное время из-за того, что цинковая пластина со временем растворялась в растворе и отдача электроэнергии была совсем небольшой.

Свойства современных аккумуляторов

Современные аккумуляторы значительно усовершенствованы. Они более энергоемки и малогабаритны, продолжительность их работы стала во много раз больше, а также они приобрели возможность восстанавливать заряд (перезаряжаться), но общий принцип работы остался прежним и основан на электрохимической реакции свинца и диоксида свинца в серной кислоте. Согласно классической версии энергия является производной от взаимодействия оксида свинца с серной кислотой до сульфата. При этом в случае разряда на аноде происходят реакции восстановления диоксида свинца, а на катоде реакции окисления свинца. В случае заряда аккумулятора происходят обратные реакции, к которым на конечной стадии добавляется процесс электролиза воды. В результате возле положительного электрода выделяется кислород, а возле отрицательного - водород.

Элементы конструкции аккумулятора

Корпус

Немаловажную роль в устройстве автомобильного аккумулятора выполняет его корпус, удерживающий все отдельные элементы и объединяющий их в единое целое. Поскольку аккумулятор состоит из нескольких вырабатывающих электроэнергию элементов, то правильнее его называть аккумуляторной батареей. Так двенадцативольтная аккумуляторная батарея состоит из 6-ти элементов, поэтому ее корпус содержит 6 секций (банок). К материалу, из которого делается корпус, предъявляются достаточно высокие требования. Прежде всего он должен быть кислотоустойчив, достаточно прочен, а кроме того, он должен быть устойчив к воздействию широкого диапазона температур. Как правило, он изготавливается из полипропилена, а состоит из основания, в котором располагаются все секции и крышки с пробками.

Пакеты пластин

В секции корпуса устанавливаются пакеты пластин, состоящие из нескольких соединенных параллельно пластин с чередующейся полярностью и называющиеся также гальваническими элементами.

Такое строение позволяет увеличить емкость аккумулятора, так как в итоге увеличивается контактирующая поверхность. Увеличение поверхности соприкосновения также приводит и к уменьшению внутреннего сопротивления, что способствует увеличению максимально отдаваемого аккумулятором тока.

Сами пластины состоят из свинца ячеистой структуры. В эти ячейки путем намазывания наносится активная масса, в которой и происходят все химические реакции. Для предотвращения замыкания между пластинами помещаются сепараторы, изготовленные из электролитически проницаемого пластика. Вся эта конструкция из пластин и сепараторов собрана в пакет и для предотвращения преждевременного разрушения в процессе эксплуатации стянута бандажом. Выводы пластин соединены попарно токосборниками, которые и подводят энергию к выводным борнам. К борнам затем подключаются клеммы автомобиля.

В процессе эксплуатации аккумулятора в результате реакций образуются побочные продукты окисления свинца, а также с пластин может осыпаться активная масса. Поэтому пакеты пластин устанавливают не на самое дно корпуса, а немного выше. В результате образуется шламовый промежуток, в котором и скапливаются все осыпавшиеся с пластин вещества. Если бы его не было, то шлам бы замкнул нижние части.