Батарейки принцип работы – из чего состоит, принцип работы

Содержание

Аккумуляторные батарейки: принцип работы, особенности, недостатки

Батарейки применяются сегодня во многих видах техники. Но у них есть один серьезный недостаток — после полной разрядки их следует только выбросить. Пытаться восстановить не стоит, это опасное дело.

Им на смену приходят аккумуляторные батарейки. Они все больше заменяют обычные. На рынке представлено большое количество этих элементов питания: аккумуляторные батарейки Varta, Bosch и другие.

Мы рассмотрим пальчиковые и мизинчиковые. По способу изготовления они делятся на два типа: никель-металлогидридные и никель-кадмиевые. Первые обладают более большой емкостью. Емкость — это определенная величина энергии, которую аккумулятор может скапливать и хранить в себе. У кадмиевых сильно выражен эффект памяти, и это является их недостатком.

Неспособность зарядного элемента полностью набрать нужную емкость, если он перед этим не был до конца разряжен, и называется эффектом памяти.

При первом использовании его требуется до конца зарядить и впоследствии полностью обесточить.

Аккумуляторные батарейки никель-металлогидридные не обладают эффектом памяти и имеют большую емкость, по сравнению с никель-кадмиевыми. Такие элементы питания заряжаются значительно дольше. При использовании на морозе их емкость сильно снижается. Ni -Cd такого недостатка не имеют. На них не влияет работа при низких температурах. Ni-MH системы способны зарядиться максимально после нескольких полных зарядок и разрядок.

Чтобы правильно наполнить током такие аккумуляторные батарейки, требуется купить подходящее зарядное устройство. Время питания указывается в таблице, которая размещается прямо на его поверхности. Если запись отсутствует, требуется произвести расчет самостоятельно: емкость аккумулятора умножаем на 1,4 (коэффициент), полученный результат делим на силу тока, которую выдает зарядное устройство (эти данные указываются на упаковке).

Сегодня на рынке представлено большое количество «зарядок». Простейшие выделяются низкой стоимостью. Средний тип уже обладает некоторыми дополнительными возможностями. К примеру, многие оснащены вмонтированным таймером, который отключает элемент зарядки после набора полной емкости. Есть устройства и так называемого комфорт-класса. Как правило, они идут в продажу с блоками питания. Производят зарядку аккумуляторов любой формы. Они сами могут определить вид заряжаемого элемента, просчитывают емкость, определяют силу тока и после полной зарядки сами отключаются. Устройства «люкс-класса» имеют высокую стоимость, обладают возможностью подключаться к компьютеру, выводят на дисплей все данные заряжаемого элемента. Также имеют множество других функций, режим «турбо» позволит заправить аккумуляторы в течение 40 минут. С помощью щадящего режима можно дать жизнь уже изношенному блоку питания (низкий ток увеличивает время подачи электричества, продлевает срок службы заряжаемого устройства).

Лучшие аккумуляторные батарейки, пожалуй, те, которые обладают большей емкостью. Каждый может выбрать то, что ему нужно.

fb.ru

устройство и работа солевых, щелочных и литиевых батарей и аккумуляторов

Разные виды гальванических элементов преобразовывают свою химическую энергию в электрический ток. Своё название они получили в честь итальянского учёного Гальвани, который проводил первые подобные эксперименты и исследования. Электричество вырабатывается благодаря химическому взаимодействию двух металлов (обычно цинка и меди) в электролите.

Принцип действия

Учёные помещали в ёмкости с кислотой медную и цинковую пластинку. Их соединяли проводником, на первой образовывались пузырьки газа, вторая начинала растворяться. Это доказывало то, что по проводнику протекает электрический ток. После Гальвани опытами занялся Вольт. Он создал элемент цилиндрической формы, похожий на вертикальный столбец. В его составе были цинковые, медные и суконные кольца, предварительно пропитанные кислотой. Первый элемент имел высоту в 50 см, и выработанное им напряжение чувствовалось человеком.

Принцип работы заключается в том, что два вида металла в электролитической среде вступают во взаимодействие, в результате которого по внешней цепи начинает проходить ток. Современные гальванические элементы и аккумуляторы называют батарейками. Их напряжение зависит от используемого металла. Устройство помещено в цилиндр из мягкой жести. В качестве электродов выступают сетки с окислительным и восстановительным напылением.

Преобразование химической энергии в электричество исключает возможность восстановления свойств батареек. Ведь при работе элемента реагенты расходуются, из-за чего уменьшается ток. Восстановителем обычно служит отрицательный вывод из лития или цинка. Во время функционирования он теряет электроны. Положительную часть изготавливают из металлических солей или оксида магния, она выполняет работу окислителя.

В обычных условиях электролит не пропускает ток, он распадается на ионы только во время замыкания цепи. Именно это обуславливает появление проводимости. В качестве электролита используют раствор кислоты, натриевые или калиевые соли.

Разновидности элементов

Батарейки используют для питания приборов, устройств, техники, игрушек. Все гальванические элементы по схеме делят на несколько видов:

  • солевые;
  • щелочные;
  • литиевые.

Наиболее популярные — солевые батарейки, изготовленные из цинка и марганца. Элемент сочетает в себе надёжность, качество и приемлемую цену. Но в последнее время производители снижают или полностью прекращают их изготовление, так как со стороны фирм, выпускающих бытовую технику, к ним постепенно повышают требования. Основные преимущества гальванических батарей этого типа:

  • универсальные параметры, позволяющие использовать их в разных областях;
  • лёгкая эксплуатация;
  • невысокая стоимость;
  • простые условия производства;
  • доступное и недорогое сырье.

Среди недостатков выделяют небольшой срок службы (не более двух лет), уменьшение свойств из-за низких температур, уменьшение ёмкости при повышении тока и снижение напряжения во время работы. Когда солевые батарейки разряжаются, они могут потечь, так как положительный объем электрода выталкивает электролит. Проводимость повышают графит и сажа, активная смесь состоит из диоксида марганца. Срок эксплуатации напрямую зависит от объёма электролита.

В прошлом столетии появились первые щелочные элементы. Роль окислителя в них играет марганец, а восстановителя — цинковый порошок. Корпус батарейки амальгамируют во избежание появления коррозии. Но использование ртути запретили, поэтому их покрывали смесями из цинкового порошка с ингибиторами ржавчины.

Активное вещество в устройстве гальванического элемента — это цинк, индий, свинец и алюминий. В активную массу входят сажа, марганец и графит. Электролит изготавливают из калия и натрия. Сухой порошок значительно повышает функционирование батарейки. При таких же габаритах, как у солевых видов, щелочные имеют большую ёмкость. Они продолжают хорошо работать даже при сильном морозе.

Литиевые элементы используют для питания современной техники. Их выпускают в виде батареек и аккумуляторов разных размеров. В составе первых находится твёрдый электролит, в других устройствах — жидкий. Такой вариант подходит для приборов, требующих стабильного напряжения и средних зарядов тока. Литиевые аккумуляторы можно заряжать несколько раз, батарейки используют только однажды, их не вскрывают.

Сфера применения

К производству гальванических элементов выдвигают ряд требований. Корпус батареек должен быть надёжным и герметичным. Электролит не должен вытекать, а также нельзя допускать попадания внутрь устройства посторонних веществ. В некоторых случаях при вытекании жидкости она загорается. Повреждённый элемент нельзя использовать. Габариты у всех батареек практически одинаковы, отличаются только размеры аккумуляторов. Элементы могут иметь разную форму: цилиндрическую, призматическую или дисковую.

У всех типов устройств есть общие достоинства: они компактны и имеют незначительный вес, приспособлены к разным диапазонам рабочей температуры, обладают большой ёмкостью и стабильно работают в разных условиях. Есть также и некоторые недостатки, но они касаются определённых типов элементов. Солевые служат недолго, литиевые устроенные так, что могут воспламеняться при разгерметизации.

Сферы применения батареек многочисленны:

  • цифровая техника;
  • детские игрушки;
  • медицинские приборы;
  • оборонная и авиационная промышленность;
  • космическое производство.

Гальванические элементы легко использовать, они доступны по стоимости. Но с некоторыми видами нужно обращаться аккуратно и не использовать их в случае повреждения. Перед приобретением батареек нужно внимательно изучить инструкцию прибора, который они будут питать.


220v.guru

Как работает батарейка?

С помощью обычных батареек работают наши повседневные вещи: часы, детские игрушки, пульт, фонарики и другие. Как работает батарейка? Узнать об этом можно, разобрав ее и тщательно изучив ее внутренний состав. 

Батарейка изнутри

Если разобрать батарейку, то можно увидеть, что она состоит из двух проводников тока (электродов) — катода и анода. Также в батарейке есть агрессивная среда — электролит. Один электрод делают в порошковом виде для того, чтобы сэкономить место и увеличить размеры батарейки. В виде цинкового порошка в щелочных батарейках размещен отрицательный электрод — анод. Электролит создают из калиевой или натриевой щелочи с различными химическими добавками. Иногда это может быть щелочь лития — LiOH. Электролит — это преимущественно вязкая жидкость. Для того чтобы он не тек из батарейки, его доводят до густой консистенции с помощью естественных или искусственных полимерных соединений.

Взаимодействие составляющих батарейки

Когда анод начинает взаимодействовать с щелочной средой, при этом происходит растворение цинкового корпуса в щелочи. Сначала проходит реакция окисления цинка. При этом образуется цинкат. Когда электролит насыщается цинкатом, происходит в конечном итоге реакция разложения на оксид цинка и воду.

После этой реакции вблизи анода возникает избыток отрицательных электронов. В электролитной среде в результате движения ионов наступает равновесие. Небольшого количества электролитной жидкости хватает для работы батарейки. На дно батарейки помещается латунный проводник, а в анод добавляется вещество для уменьшения воздействия коррозии — ингибитор.

Чтобы увеличить электропроводность катода, его изготавливают из порошкового диоксида марганца и угольного порошка, а также из электролита и загустителя жидкости. Полученную составляющую прессуют до стального корпуса батарейки. Если батарейка разряжается, то происходит восстановление диоксида марганца до метагидроксида марганца.

Чтобы избежать перемешивания жидкостей между собой, между ними кладут пропитанный электролитом тонкий материал.

Зная, как устроена батаре

elhow.ru

Гальванический элемент. Устройство батарейки и её работа.

 

 

 

Тема: Как устроена и работает обычная батарейка, гальванический элемент.

 

В отличие от электростанций, гальванический элемент или привычней говоря — батарейка, огромную мощность не способна дать нам, но без неё невозможно обойтись в тех случаях, когда обычная сеть не доступна либо не целесообразна, так например электронные наручные часы или карманный радиоприёмник. Гальванический элемент — это источник электричества, который основан на химическом взаимодействии некоторых веществ между собой. Он был впервые придуман известным учёным Алессандро Вольта. И так давайте посмотрим, как же на самом деле всё происходит, и разберём устройство батарейки.

 

Представим, у нас есть стеклянный сосуд, а в него налита серная кислота и опущен цинковый стержень. Поскольку на поверхности пластины находятся положительно заряженные атомы цинка, то в растворе вокруг стержня собираются отрицательные ионы раствора, а положительные ионы раствора выталкиваются в не эту область. Притяжение раствора отрывает ионы цинка, и они становятся уже частью этого раствора. В результате цинковый стержень становится отрицательно заряженным, а раствор положительно. Вот и получили разность потенциалов. И так что получается? При соприкосновении металла и раствора на границе возникает электрическое поле. В момент образования этого поля и происходит непосредственно само превращение химической энергии в электрическую.Что даёт нам возможность её использовать.

 

Теперь вернёмся к понятию гальванический элемент и устройство батарейки. Мы выяснили, что для преобразования химической энергии в электрическую, необходимо наличие двух разнородных проводника с электронной проводимостью и раствор с ионной проводимостью.

 

Элемент Вольта состоит из двух разных пластин меди и цинка, опущенных в слабый раствор серной кислоты. Медная пластина становится плюсом, а цинковая, минусом, с разность потенциала этого элемента в 1 вольт. Нужно заметить, что это вырабатываемое в итоге ЭДС, полностью зависит только от материала и от самих химических процессов внутри.

 

 

Подсоединив гальванический элемент к обычной лампочке, мы увидим  что внутри электроны с цинка начнут переходить на медь, тем самым нарушая равновесие. В итоге на медной пластине начнет, выделятся газообразный водород. Это образование газа весьма негативно влияет на дальнейшую работу элемента, не давая ионам водорода заряжаться, поскольку собой они делают барьер между границей меди и раствора. И это поляризация.

 

Для борьбы с этим недостатком было придумано иное устройство батарейки. Он получил название — элемент Лекланше. В сосуде с раствором нашатыря, разбавленного водой помещены цинковый стержень и графитовый, для борьбы с поляризацией, графитовый стержень вокруг себя имеет слой двуокиси марганца, назначение которого сводится как раз для поглощения нежелательного газа.

 

Таким образом гальванический элемент становится намного эффективнее. Именно на таком принципе и делаются большинство батареек, которыми мы с Вами пользуемся. Разница заключается в том, что в различных видах производимых батареек, отличие только в используемых веществах и материалах. Кстати именно эта разница и даёт определённые параметры и характеристики гальваническим элементам. Например, одни могут терять свой заряд постепенно и при этом ЭДС, так же будет, понижаться, а другие батарейки более равномерно отдают энергию и лишь в конце резко теряют заряд.

 

В настоящее время существует множество различных типов гальванических элементов, к примеру: Марганцево — цинковый, Марганцево — оловянный, Марганцево — магниевый, Свинцово — цинковый, Свинцово — кадмиевый, Свинцово — хлорный, Хром — цинковый, Окисно — ртутно-оловянный, Ртутно — цинковый, Ртутно — кадмиевый и т.д. Кроме внутреннего состава, батарейки также отличаются размерам и, следовательно, ёмкостью заряда.

 

Не стоит путать гальванический элемент и батарейку с аккумуляторной батареей, в ней совсем иной принцип работы, о котором мы обязательно поговорим в подходящей теме. Ну, а с этой, в общих чертах, думаю разобрались. На этом закончу тему, гальванический элемент, устройство и работа батарейки.

 

P.S. Сколько полезного может сделать эта карманная электростанция, под названием батарейка.

electrohobby.ru

Принцип работы аккумуляторов и батареек

March 19, 2016

Для того чтобы понять как именно работает батарея или аккумулятор, представьте 2 металлические пластины с электрическим потенциалом первой 10 В, второй  15 В. Между ними присутствует электрическое поле с напряжением  5В. При попытке подключить к такой цепи потребитель в виде обычной лампочки, она будет светиться, что означает, что ток течет. Но такое явление будет проходить сравнительно не долго, после того как ток уровняет напряжения обеих пластин, он прекратится. Напряженность поля будет равна нулю и лампочка погаснет.

Что же нужно для того чтобы она загорелась вновь? Все просто, необходимо всего лишь перенести заряд с одной пластины на вторую и таким образом создать разность потенциалов. Чтобы это сделать необходимо, провести некоторые манипуляции, а именно привлечь в систему сторонние силы. Отличным способом создать разность потенциалов пластин выступает химическая реакция.

Любой аккумулятор или батарея это всего лишь помещенные в электролит пластины. Половина из которых подключена к положительной клемме, половина к отрицательной. К примеру, наш аккумулятор имеет напряжение в 9В. Если не подключать к его выходу, каких либо цепей с элементами нагрузки, его напряжение не изменится, но если все-таки подключить нагрузку, в цепи сразу потечет ток, причем от плюса к минусу. Естественно при таком процессе напряжение начнет уменьшаться и происходить это будет с разной скоростью, в зависимости от сопротивления нагрузки. Наряду с процессом разрядки непременно активируется химическая реакция, которая будет направленна на то чтобы возвращать негативно заряженные частички с минуса на плюс. И тем самым стремясь сохранить разность электрических потенциалов.

Все химические реакции, которые применяются в разных батарейках и аккумуляторах можно разделить на два вида. Первые характеризуются тем, что при их работе генерируется энергия, у вторых все наоборот, то есть для их функционирования необходимо привлечь энергию. Батарейка как раз принадлежит к реакциям первого вида, точно так же как и процесс горения, при котором происходит соединения молекулы горючего и кислорода (окисление) при этом выделяется тепло и свет, а также новое вещество. К примеру, если горит уголь, а это практически чистый углерод, в результате реакции мы получим углекислый газ. Так как такое вещество не горит, его использование на этом заканчивается и он, по сути, становится отходом не пригодным к употреблению. В результате процесса горения, объемы горючего и окислителя расходуются, а объем отхода увеличивается. В результате таких действий, когда продукт горения или кислород подходят к концу, реакция прекращается.

Протекающая же в электролите реакция, выделяет электрический ток, и так же как в случае с горением, полезные вещества расходуются, а отход возрастает. И чем меньше остается веществ для протекания реакции, тем меньше батарея способна поддерживать нужную силу тока, говоря простыми словами – она садится.

Обратимые и необратимые реакции

В том случае если продукт, получаемый в результате прохождения реакции можно преобразовать в сырье для нее, процесс называется обратимым. То есть реакция может проходить как в прямом направлении, так и в обратном. Это дает возможность заряжать аккумулятор. Соответственно реакцию, продукт которой нельзя преобразовать в сырье, называют необратимой, такие батарейки не заряжаются.

В чем заключаются отличия аккумулятора и батареи? Ответ на этот вопрос прост – первый можно заряжать, в то время как второй такой возможности не имеет. Говоря другими словами, в батарейке проходит реакция необратимого типа, в аккумуляторе же наоборот. Когда аккумулятор разрядится, и его подсоединяют к устройству зарядки, ток в его пластинах течет в обратном направлении, а именно от плюса к минусу. Химическая реакция в электролите тоже начинает двигаться вспять, благодаря чему продукт процесса разряда, разлагается на сырье. Идет зарядка.

lab-37.com

Как устроена батарейка? Принципы работы батарейки. Древняя батарейка принцип работы

Как устроена батарейка? Принципы работы батарейки

Кто изобрел батарейку?

Если верить археологам, то первые батарейки появились еще 2000 лет назад. Во время раскопок в Ираке нашли глиняную вазу, залитую битумом, в который были вделаны медный и железный стержень. Действительно ли это использовалось в качестве источника электричества, трудно сказать — это всего лишь предположения.

Первой современной батарейкой по праву можно назвать «Вольтов столб» — устройство, созданное итальянским физиком Алессандро Вольта в 1800 году.

Алессандро Вольта

«Вольтов столб» представлял собой стопку из пластин разных металлов — цинковых и медных. Между ними клалась ткань, смоченная в кислоте. Химическая реакция между элементами «Вольтова столба» создавала электричество.


Вольтов столб

Его работа основывалась на предположениях Луиджи Гальвани, который проводил опыты с лягушкой, подводя к ее лапке металлические полоски.

Луиджи Гальвани

Однако, Л. Гальвани сделал неправильные выводы, решив, что само животное обладает электричеством, назвав это «животным электричеством». А. Вольта правильно понял, что разряд возникал из-за того, что лапка, находившаяся между двумя полосками металла, была влажной и служила в качестве проводника.

По имени Л. Гальвани «Вольтов столб» и другие источники электричества подобного типа получили название «Элемента Гальвани» или «Гальванического элемента». Это, на самом деле, более правильное название для таких устройств, так как батарейка — это батарея, т.е. серия гальванических элементов, соединенных между собой. А единицу напряжения, которую давал гальванический элемент, назвали «вольтом» в честь Алессандро Вольта.

Принцип работы батарейки

Во многом принцип работы батарейки тот же, что и в изобретении Вольта, несмотря на технологический прогресс в их изготовлении. Любая батарейка устроена схожим образом, в ней обязательны три элемента, между которыми происходит химическая реакция, в результате которой возникает электричество:  электроды — анод, катод, и электролит.

Устройство батарейки

Все эти элементы присутствовали изначально и в «Вольтовом столбе». В качестве анода, который является источником электронов, выступает чаще всего цинк. Электролит — как правило, специальное вещество (соль, щелочь), через которое осуществляется взаимодействие электродов между собой. Анод обозначается как «-» (минус), а катод — как «+» (плюс).

Какие бывают батарейки?

Батарейки бывают, в основном, солевыми и щелочными. Жидкие электролиты в них не используются, их определенным образом сгущают, например, при помощи крахмала.

Солевые батарейки, изобретенные в 1865 году — наиболее дешевые в изготовлении, для их производства используют уголь, цинк и хлорид аммония (в качестве электролита). Помимо простоты изготовления и дешевизны, имеют такие недостатки, как окисление, засоливание цинковой оболочки, что приводит солевую батарейку в негодность.

Щелочные батарейки имеют маркировку Alkaline, хранятся они дольше и дают более стабильное напряжение.


Щелочные батарейки

В принципе, это те же солевые батарейки, однако, разница между солевыми и щелочными батарейками заключается в том, что элементы в них расположены в обратном порядке, а цинк находится в порошкообразном состоянии, что увеличивает контакт элементов батареи между собой, делает их более надежными. Щелочные батарейки имеют гораздо больший объем заряда, что позволяет их использовать в энергоемких приборах (цифровых фотоаппаратах, фонариках, электронные игрушки с электродвигателями и т.п.). Они долговечны, лучше справляются с работой при низких температурах.

Наиболее современны литиевые батарейки (литий входит в состав анода), которые долговечны и безопасны в работе однако, дороже в производстве.

Литиевые батарейки

К их преимуществам по сравнению с щелочными можно отнести возможность создавать максимально плоские батареи, изготавливать батареи с большим количеством вариантов напряжения, долговечность — в некоторых приборах они могут работать до 15 лет! Их используют в наручных часах, калькуляторах, памяти системной платы компьютера и других приборах.

Проблема всех батареек — необратимость химических реакций. При использовании или с течением времени анод разрушается, либо покрывается продуктами окисления и перестает работать. В таких случаях мы говорим, что батарейка села. Но прогресс не стоит на месте — оказалось, что соединив определенным образом вещества, входящие в состав батареи, можно, пропустив ток через нее, вернуть в прежнее состояние. Такие батареи назвали аккумуляторами — работа батареи в них восстанавливается посредством пропускания электричества в обратном направлении, от катода к аноду. А сам процесс мы все знаем, как «зарядку», т.е. батарея «заряжается». Обычные батареи, рассмотренные выше, заряжать, конечно, нельзя, они для этого не приспособлены — это может привести к их течи или взрыву.

daju-spravku.ru

Батарейка и всё о ней

    Батарейка — это слово плотно вошло в нашу повседневную жизнь. Но к сожалению сегодня мало кого интересует её история, устройство, её виды. Давайте вместе разберёмся с этими и другими интересными вопросами о батарейке. А точнее «что такое батарейка», «как работает батарейка». Повседневная жизнь не требует каких-то великих усилий для включения телевизора, калькулятора, для нормальной работы настенных часов, для работы компьютерной мыши и так далее. А все благодаря каким-то батарейкам, которые помогают упростить нашу жизнь, помогают сэкономить наше время. Это понимает каждый здравомыслящий человек, но не каждый задаёт себе вопрос: «как из таких маленьких батареек совершается такой объём работы», «как устроены батарейки»…     Самые первые прототипы батареек появились ещё в Месопотамии около 2000 лет назад. Состояла она в то время из глиняной вазы, медного и железного стержней, залитыми битумом. Кстати, если такой сосуд залить кислотой (уксусной, серной), то получим напряжение примерно в 1В. Назвали такой прототип «Багдадской батарейкой » в связи с местом, на котором были обнаружены.   Примерно в 1800 году итальянский физик Алессандро Вольта изобрёл батарейку, которой мы и по сей день продолжаем пользоваться. Кстати, кто не знает что такое батарейка, так это источник питания, который вырабатывает электричество под действием химического процесса. То есть батарейка это гальванический элемент, работающий на химической реакции.

Как работает батарейка

     Сегодня в магазинах можно увидеть большое количество батареек, они различны по некоторым принципам, но схема работы у них одна. У любой батарейки есть положительный полюс (анод–цинк Zn), отрицательный полюс (катод–марганец Mg) и электролит (может быть сухим, жидким), именно эти элементы и являются основными элементами батарейки. Электрический ток бежит от анода (+) к катоду (—), но между ними обязательно должна быть нагрузка (лампочка, диод, двигатель или что-то ещё). Если нагрузки не будет (соединить «–» с «+» напрямую), то произойдёт короткое замыкание (К.З.).    Катоды выполняют функцию восстановителя, т.е. принимают электроны от прибывшего анода. Электролит это среда, в которой перемещаются ионы, которые образуются в процессе химической реакции. В процессе работы батарейки постепенно образовываются новые вещества, а электроды по

religionpeace.ru

Принцип работы аккумулятора, его устройство

Аккумулятор без преувеличения можно считать вторым сердцем транспортного средства. Для правильного выбора АКБ и ее эффективной работы полезно знать, из чего состоит аккумулятор, как работает аккумулятор автомобиля, основные характеристики и другие важные параметры.

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

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.

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 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

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

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.

Негативные условия нагрузки для аккумуляторной батареи

Тут для примера приведем противоположные условия – машина едет по городу в холодную с туманом ночь. В этой обстановке вырабатываемой энергии не хватает на питание всех электроприборов сети (у авто включены фары, подогрев/обогрев и пр.). При нехватке производимого тока, для качественного питания потребителей энергия берется с батареи. За счет этого, батарея не только не получает заряд, а напротив, разряжается.

При слишком низких температурных значениях понижается способность батареи получать заряд.

Помните! В морозы частый пуск силового агрегата в коротких поездках отрицательно влияет рабочие характеристики АКБ.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

tolkavto.ru