Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 1

Устройство аккумулятора автомобиля

Характеристики

Чтобы определить, какие аккумуляторы подходят для автомобилей вашего типа, вам придётся оценить ряд характеристик. Прежде чем выбирать по отзывам и по марке, определитесь с теми параметрами, которые нужны для вашего авто.

Аккумуляторы на легковой и грузовой автомобиль характеризуются следующими характеристиками:

Номинальная ёмкость – это способность устройства при работе непрерывно отдавать энергию на протяжении 20 часов. Для её определения батарею непрерывно разряжают при температуре 250С – эта характеристика указывают на этикетке батареи.

Резервная ёмкость – это способность батареи непрерывно давать питание при неработающем генераторе.

Пусковая мощность – это максимальное значение выходной мощности, которую способна давать батарея на протяжении тридцати секунд при температуре -180С. В европейской классификации интервал времени составляет не тридцать, а десять секунд.

Полярность – расположение клемм на корпусе батареи

Учитывая, что силовые кабели автомобиля бывают короткими, важно, какие клеммы для него вы выберете.
Масса прибора.
Габаритные размеры.

Если у вас дизельный автомобиль, это чуть ли не ключевой критерий при выборе нового источника питания

Оценив характеристики, вы первоначально определяете, какой АКБ подойдёт для вашего авто, и от каких вариантов стоит заведомо отказаться. После этого выберите лучший аккумулятор для своего автомобиля среди тех, характеристики которых вам подошли.

Измерение ЭДС аккумуляторной батареи

Электродвижущая сила (ЭДС) — это разность потенциалов положительного и отрицательного электродов аккумулятора при разомкнутой внешней цепи.

Величина ЭДС зависит, главным образом, от электродных потенциалов, т.е. от физических и химических свойств веществ, из которых изготовлены пластины и электролит, но не зависит от размеров пластин аккумулятора. ЭДС кислотного аккумулятора зависит также от плотности электролита.

Измерение электродвижущей силы (ЭДС) аккумуляторной батареи с помощью вольтметра является простым способом определения степени ее заряженности. ЭДС аккумуляторной батареи не является показателем, который гарантирует работоспособность аккумуляторной батареи, но этот параметр полнее характеризует состояние аккумуляторной батареи, чем просто ее осмотр. Аккумуляторная батарея, которая по внешнему виду вполне работоспособна, на самом деле может оказаться не такой хорошей, как кажется.

Эта проверка называется измерением напряжения в режиме холостого хода (проверкой ЭДС) аккумуляторной батареи потому, что измерение проводится на клеммах аккумуляторной батареи без подключенной к ней нагрузки, при нулевом токе потребления.

  1. Если проверка производится сразу же по окончании зарядки аккумуляторной батареи или в автомобиле по окончании поездки, перед измерением необходимо освободить аккумуляторную батарею от ЭДС поляризации. ЭДС поляризации — это повышенное, по сравнению с нормальным, напряжение, которое возникает только на поверхности аккумуляторных пластин. ЭДС поляризации быстро исчезает, когда аккумуляторная работает под нагрузкой, поэтому она не дает точной оценки степени заряженности аккумуляторной батареи.
  2. Для освобождения аккумуляторной батареи от ЭДС поляризации включите фары в режим дальнего света на одну минуту, а затем, выключите их и подождите пару минут.
  3. При выключенном двигателе и всем остальном электрооборудовании, при закрытых дверях (чтобы был выключен свет в салоне), подключите вольтметр к клеммам аккумуляторной батареи. Красный, плюсовой, провод вольтметра подсоедините к плюсовой клемме аккумуляторной батареи, а черный, минусовой, провод — к ее минусовой клемме.
  4. Зафиксируйте показание вольтметра и сравни те его с таблицей степени заряженности аккумуляторной батареи. Приведенная ниже таблица подходит для оценки степени заряженности аккумуляторной батареи по величине ЭДС при комнатной температуре — от 70°Ф до 80°Ф (от 21 °С до 27°С).

Таблица

ЭДС аккумуляторной батареи (В)Степень заряженности
12,6 В и вышеЗаряжена на 100%
12,4Заряжена на 75%
12,2Заряжена на 50%
12Заряжена на 25%
11,9 и нижеРазряжена

Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей:

Не допускается хранение в разряженном состоянии. Низкая энергетическая плотность. Большой вес аккумуляторных батарей ограничивает их применение в стационарных и подвижных объектах. Допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда. Кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду. При неправильном заряде возможен перегрев.

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют настолько низкую энергетическую плотность по сравнению с другими типами батарей, что это делает нецелесообразным использование их в качестве источников питания переносных устройств. Хотя примеры их применения в портативной электронной технике есть. Кроме того, при низких температурах их емкость существенно снижается.

По материалам книги Аккумуляторы.Хрусталев Д.А.

Литий-ионный аккумулятор – описание, история создания

Литий-ионный аккумулятор – источник тока, основанный на преобразовании химических реакций, происходящих внутри источника, в электрическую энергию. Данный тип батареи наиболее распространён в современной жизни, в большинстве своём из-за повсеместного использования в электронике: сотовых телефонах, цифровых фотоаппаратах, ноутбуках и так далее. Кроме этого, литиевые аккумуляторы ставят в электромобили.

Первое упоминание современных литиевых аккумуляторных батарей относится к 70-м годам XX века и связано с именем Майкла Стэнли Уиттингема. Будучи химиком в нефтяной компании «Exon», он создал источник тока, в котором в качестве анода использовался сульфид титана, а катод был литиевым. Первая батарея обладала напряжением 2,3 Вольт и способностью перезаряжаться, однако была пожароопасной и ядовитой. При взрыве, который мог случиться внезапно, литий вступал в контакт с воздухом и горел, а дисфульд титана выделял сероводород, вдыхание которого как минимум неприятно. Помимо этого, титан обладает и всегда обладал высокой стоимостью, и из-за всех этих факторов проект Уиттенгема был закрыт.

Литий-ионная батарея, несмотря на свои недостатки, казалась достаточно привлекательной для продолжения развития, однако требовалась замена анодного материала, чем в 1978 году занялся Джон Гуденаф. Спустя некоторое время он обнаружил, что кобальтит лития (оксид лития-кобальта) обладает лучшими характеристиками, касающимися безопасности использования, а также напряжением, достигающим 4 Вольта. Однако использование лития в качестве катодного материала становилось причиной короткого замыкания аккумулятора. В 1980 году Рашид Язами указал на графит и назвал его наиболее подходящим в качестве анода материалом.

Однако потребовалось ещё одиннадцать лет, чтобы созданная и усовершенствованная батарея появилась в продаже под брендом компании «Sony».

Зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов 18650

Для длительной работы аккумуляторных батареек 18650 необходимо зарядное высококачественного формата. Дорогие современные приборы должны обслуживаться лучшей зарядкой 18650 аккумуляторов. Ошибка покупателей при приобретении нового гаджета, использовать старую зарядку. В результате акб быстро разряжается, долго заряжается, выходит из строя.

Существует целый ряд причин, по которым Вы не должны покупать дешевое зарядное устройство или вообще использовать старое зу. Перед покупкой следует подумать, какой зарядный прибор для аккумуляторных батареек выбрать, для чего именно нужен зарядный элемент, и будут ли полезны дополнительные функции для вашей зарядки.

Перед покупкой прибора для зарядки, необходимо ознакомиться с его техническими характеристиками:

  • количество одновременно заряжающихся батарей – чем их больше, тем удобнее выполнять зарядку, особенно для тех, кто использует каждый день несколько устройств, нуждающихся в подзарядке.
  • бренд производителя – лучше всего, чтобы АКБ и зарядка имели одинакового производителя, что убережет от быстрого износа и поможет лучше разобраться в инструкции;
  • варианты подключения к сети – удобнее всего использовать модели, имеющие шнур;
  • применимы ли индикаторы – более современные модели имеют LCD экран, где отображаются все процессы, происходящие в данный момент в зарядном устройстве;
  • допустимое напряжение зарядки – чем оно сильнее, тем быстрее осуществляется процесс;
  • какая защита от перепадов напряжения и перегрева;
  • предусмотрена ли функция самостоятельного отключения питания в автоматическом режиме после полного заряда батареи; наличие защищает литиевый аккумулятор и продлевает его срок пользования.

Зарядное для акб

Зачем нужно качественное зарядное

Дешевое малофункциональное зарядное устройство для 18650 li ion аккумуляторов не владеет функционалом для защиты и улучшенной зарядки акб, не контролирует процесс зарядки, гаджет может не подзаряжаться или перезаряжаться. В старых, давно используемых приборах, отсутствует ресурс защиты от перезаряда и перегрева, в результате чего батарея быстро выходит из обихода

Только новый качественный прибор зарядит гаджет быстро, что важно для тех, кто ценит время

Зарядка для литиевых аккумуляторов 18650 должна выдавать 5 В и ток до 1 А. Литиевый элемент емкостью 2600 м/Ач должен заряжаться током до 2,6 А. Если в батарее есть графит, то напряжение не должно быть более 4,1 В. В противном случае произойдет окисление, и плотность энергии элемента увеличится. Продолжительность работы в режиме автономии будет уменьшаться. Но в современных приборах нет чистого графита. Перенапряжение не так опасно, хотя и нежелательно.

Если во время зарядки будет превышено напряжение, срок службы пальчиковых батарей уменьшится. Чтобы предотвратить это, в литиевые батареи устанавливаются специальные контроллеры. Это защитные платы, которые существуют для нескольких банок и для отдельных элементов 18650.

Лучшие из лучших

Рано или поздно, но перед каждым владельцем личного транспорта возникает необходимость в приобретении новой батареи, когда старая уже отжила свое. И тут возникают определенные сложности, ведь на автомобильном рынке широкий ассортимент, что очень легко запутаться и выбрать то, что не надо.

Здесь важно обращать внимание на многие факторы, причем не только технические параметры, но и бренд, включая стоимость. Ниже будет приведен список тех брендов, которые заслуживают доверие большинства автолюбителей. И среди них могут попасться знакомые имена

И среди них могут попасться знакомые имена.

Рейтинг аккумуляторов для автомобиля составлен на основании отзывов многих владельцев и конструктивных особенностей. Список лучших из лучших:

  • Свинцово-кислотные:
    • Varta Blue Dynamic D59.
    • Тюмень Premium 6СТ-60.
    • Зверь 6СТ-60 L3У.
  • Кальциевые:
    • Topla Energy 60.
    • Mutlu Calcium Silver 60.
    • Banner Starting Bull.
  • Гибридные:

    TITAN Standart.

  • AGM:
    • Varta Silver Dynamic AGM D52.
    • Banner Running Bull AG.
    • Bosch AGM S5 A05.

Каждый из перечисленных брендов по состоянию на 2019 года является лучшим в своем сегменте. При этом в учет брались аккумуляторы с параметром 60А, так как именно с такой емкостью больше всего батарей сходит с продажи.

Классический автомобильный аккумулятор

Своему долголетию кислотный аккумулятор обязан полному и безоговорочному доминированию двигателей внутреннего сгорания. Устройство свинцово-кислотного аккумулятора лучше всего удовлетворяло требование к безопасному источнику электроэнергии, способного кратковременно выдать ее с огромной силой тока, необходимой для запуска двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Остальные варианты устройства электрохимических элементов, даже при более высоких показателях емкости либо были не в состоянии выдержать столь мощную нагрузку, либо их производство было неоправданно, технологически сложно и обходилось значительно дороже свинцово-кислотного варианта.

Устройство классического автомобильного аккумулятора

С точки зрения теории единичная банка аккумулятора представляет собой систему двух электродов, один из которых – катод или минусовый электрод, выполнен в виде тонкой свинцовой пластины с пористой поверхностью, второй называемый анодом – положительный электрод в виде тонкой свинцовой сетки с запрессованной активной пористой массой из окиси свинца.

В устройстве электроды погружены в раствор серной кислоты – электролит, плотностью, дающей максимальный уровень накопления энергии. Анод и катод приближены друг к другу на минимальное расстояние и разделены тонким пластиковым сепаратором.

Параметры АКБ

Для среднестатистического легкового автомобиля с ДВС промышленность выпускает аккумуляторы с рабочим напряжением 12 В. Такого значения вполне хватает для питания сети в машине. Бортовая сеть большинства грузовиков рассчитана на 24 В. Иногда в ней используется пара обычных двенадцативольтовых источников питания, подсоединённых последовательно.

Для мототехники характерным является использование питания на 6 В. Это позволяет снизить габариты ИП и обеспечить оптимальность работы ненагруженной бортовой сети.

Важным значением для АКБ является её ёмкость. Этот параметр измеряется в ампер-часах и может варьироваться у разных моделей от 45 до 130 Ач. В большинстве легковых машин используются агрегаты на 55–65 Ач. Дизельные ДВС более «прожорливые» по энергии, поэтому в них при прочих равных условиях будет стоять батарея на 5–10 Ач мощней, чем в аналогичном авто на бензине.

Основные требования, которые предъявляются к автомобильным источникам питания, могут быть такими:

  • наибольший пусковой ток;
  • минимальный саморазряд;
  • небольшие габариты;
  • необслуживаемость (либо минимальное вмешательство).

Одним из конструкционных значений является полярность. Это расположение клемм на внешней стороне корпуса. Для азиатских, европейских и американских моделей встречается несколько вариантов установки контактов.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Давайте рассмотрим литий-ионный аккумулятор. Как видите, он состоит из нескольких слоев с различным химическим составом.

состав литий-ионного аккумулятора

В основе работы литий-ионного аккумулятора лежит, так называемый, электрохимический потенциал. Суть его в том, что металлы стремятся «отдавать» свои электроны. Как видно на рисунке ниже, наибольшая способность к отдаче электронов – у лития, а наименьшая – у фтора. Если такой атом отдает свой электрон, то он становится положительным ионом.

электрохимический ряд элементов

Первая в истории электрическая батарейка, созданная более 200 лет назад Алессандро Вольтой, работала как раз на принципе электрохимического потенциала. Вольта взял два металла с разными электрохимическими потенциалами (цинк и серебро) и получил электрический ток. В честь его открытия такую “батарейку” назвали Вольтовым столбом.

Вольтов столб

В 1991 г. Sony выпустила первый коммерчески успешный литий-ионный аккумулятор.

первый литий-ионный аккумулятор

В литий-ионных элементах используется металл с наибольшей способностью отдавать электроны – литий. У лития всего один электрон на внешней орбите, и он постоянно стремится его «потерять».

атом лития

Из-за этого литий считается чрезвычайно химически активным металлом. Он реагирует даже с водой и воздухом. Но активен только чистый литий, а вот его оксид, напротив, очень стабилен.

оксид лития

Это свойство лития как раз используется при создании литий-ионных аккумуляторов.

Допустим, мы каким-то образом отделили атом лития от оксида. Этот атом будет крайне нестабилен и сразу превратится в положительный ион, потеряв электрон.

положительный ион

Однако в составе оксида литий гораздо более стабилен, чем одинокий атом лития. Если мы сможем каким-то образом обеспечить движение по двум отдельным путям для электрона и для положительного иона лития, то ион самостоятельно достигнет оксида и встанет там на свое место. При этом мы получим электрический ток благодаря движению электрона.

Итак, можно получить электрический ток из оксида лития, если сначала отделить атомы лития от оксида и затем направить потерянные ими электроны по внешней цепи. Рассмотрим, как эти две задачи решаются в литий-ионных элементах.

Видео «Пошаговая инструкция по сборке зарядного устройства»

Инструкция по использованию Лягушки

Эффективное использование зарядного устройства зависит от того, насколько хорошо его обладатель знает из чего она состоит и как ей пользоваться. Индикаторы на лягушке также имеют разные значения:

  • При правильном подключении зарядки появляются буквы ТЕ. После соединения с аккумулятором должно высветится CON. При наличии двух надписей можете не сомневаться, что вы все сделали правильно.
  • После того, как аккумулятор зарядится на индикаторе должны появиться PW. До этого момента можно наблюдать СН, а после окончания процесса засветится FULL.
  • При неправильном подключении может загореться СО, которое укажет на смену полярности или ошибке с плюсом и минусом.
  • После того, как обозначения индикатора перестанут для вас быть загадкой можно переходить непосредственно к зарядке батареи.

Как заряжать аккумулятор лягушкой

Чтобы узнать, как работает лягушка для зарядки аккумуляторов, достаточно подключить батарейку контактами к специальным усикам

Это не так уж и сложно, но при этом обращайте внимание на возникающие проблемы:

  • Если не загорается ни один индикатор, то нажмите CO. Скорее всего контакты подключены неправильно. Это происходит в случаях, когда в зарядном присутствует вместо двух клемм четыре, а требуется всего две. Если после этого ничего не изменилось, то сломалась батарея или лягушка;
  • Если после подключения батареи к лягушке загорается сразу FULL, то стоит заменить батарею, т.к. она не работает;
  • Если при подключении батареи высвечивается одновременно PW и FULL, то, скорее всего, отсутствует соединение;
  • Если вы долго не пользовались батареей и она полностью разрядилась, то стоит подключить ее к лягушке и подождать 10 минут, т.к. в данном случае зарядка сразу не начнется;
  • Если зарядка батареи занимает всего 10 минут или меньше, то она пришла в негодность и требует замены.

О том как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы читайте здесь.

Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

К безоговорочным плюсам свинцово-кислотных АКБ относят относительно низкую стоимость вследствие простоты и дешевизны производства, а также низкий показатель саморазряда, что свидетельствует о долговечности батарей. Кроме этого, кислотные источники тока просты в эксплуатации и обслуживании, не имеют эффекта памяти и могут производить пусковой ток высоких значений, не просаживая напряжение питания. Ввиду использования проверенной временем технологии аккумуляторы универсальны и могут применяться для выполнения широкого спектра задач.

Минусы свинцовых батарей в сумме составляют большой перечень, однако не перекрывают их преимущества. Одним из первых недостатков пользователи называют внушительные габаритные размеры и массу, что зачастую неприемлемо при эксплуатации. При этом если рассматривать весо-энергетическую плотность, то значение энергоёмкости снижается. Количество циклов разряда у АКБ ограничено, а её производство экологически небезопасно из-за свинца. Более того аккумулятор должен храниться в хорошо вентилируемом помещении и не испытывать резких изменений температур, особенно минусовых.

Очевидно, что чем ниже температура окружающей среды, тем быстрее может разрядиться аккумулятор. Однако в кислотных устройствах рабочие параметры снижаются с меньшей скоростью, что отличает его от других типов аккумуляторов. По статистике, начиная понижать температуру с 20°С на один градус, можно заметить потерю показателя ёмкости на 1%. Таким образом, значение ёмкости при нуле не превысит 80%, а при -20°С – 60%.

Свинцовые АКБ отличаются от других типов химических источников тока своими преимуществами и недостатками, но так как сами кислотные батареи подразделяются на несколько видов, следует рассмотреть особенности каждого из них и выявить характерные отличия.

Классификация по агрегатному состоянию электролита
Особенности
Жидкостные
· потребность в регулярном обслуживании;
· расположение только вертикально;
· ресурс не превышает 500 циклов полного заряда и разряда;
· необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 50%

EFB
· потребность в регулярном обслуживании;
· расположение только вертикально;
· ресурс не превышает 1000 циклов полного заряда и разряда;
· необходимо поддерживать уровень заряда на отметке не менее 60%

Гелевые
· нет потребности в обслуживании;
· увеличенный ресурс работы и повышена устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам по сравнению с жидкостными

AGM (абсорбированные)
· нет потребности в обслуживании;
· заряжать можно в 5 раз быстрее, чем другие типы, но важно соблюдать правила зарядки;
· ресурс не превышает 600 циклов полного заряда и разряда

AGM+
· ресурс не превышает 1200 циклов полного заряда и разряда;
· уменьшенное внутреннее сопротивление

Назначение аккумуляторных батарей

Автомобильная аккумуляторная батарея выступает как источником электрического тока, необходимого для пуска двигателя, так и резервным источником питания, в случае, если энергии, вырабатываемой генератором, оказывается мало для электроснабжения авто. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, так как она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки.

В каких сферах используется

Аккумуляторные батареи используются как дополнительный или основной источник питания. Надежность, простота в использовании позволяет применять батареи в различных областях:

  • автомобильная промышленность;
  • освещение в аварийном состоянии;
  • переносное электрооборудование;
  • медицинское оборудование;
  • игрушки;
  • сигнализация в разных сферах применения;
  • телекоммуникационное оборудование.


Применение батареи в игрушках

Роль акб в работе приборов не оспорима. Применение источника энергии практически во всех отраслях доказывает значимость и необходимость знаний о внутреннем содержимом батарей. С использованием в автомобилях широкого разнообразия электроприборов, кондиционеров, мультимедийных центров, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка энергией поступает от АКБ, который кроме этого выполняет основную функцию, обеспечивает электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор, чтобы выявить сбои в работе источника энергии, назначение аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю. О способах и рекомендациях как проверить аккумулятор читай тут.

Устройство

Элемент свинцово-кислотного аккумулятора состоит из электродов и разделительных пористых пластин, изготовленных из материала, не взаимодействующего с кислотой, препятствующих замыканию электродов (сепараторов), которые погружены в электролит. Электроды представляют собой плоские решётки из металлического свинца. В ячейки этих решёток запрессованы порошки диоксида свинца (PbO2) — в анодных пластинах и металлического свинца — в катодных пластинах. Применение порошков увеличивает поверхность раздела электролит — твердое вещество, тем самым увеличивает электрическую ёмкость аккумулятора.

Электроды вместе с сепараторами погружены в электролит, представляющий собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления раствора кислоты применяют дистиллированную воду.

Электрическая проводимость электролита зависит от концентрации серной кислоты и при комнатной температуре максимальна при массовой доле кислоты 35%, что соответствует плотности электролита 1,26 г/см³. Чем больше проводимость электролита, тем меньше внутреннее сопротивление аккумулятора, и, соответственно, ниже потери энергии на нём. Однако, на практике в районах с холодным климатом применяются и более высокие концентрации серной кислоты, до 1,29−1,31 г/см³, это связано с тем, что при снижении концентрации из-за разряда электролит может замёрзнуть, а при замерзании образуется лёд, который может разорвать банки аккумулятора и повреждает губчатый материал пластин.

Существуют экспериментальные разработки аккумуляторов, где свинцовые решетки заменяют пластинами из переплетённых нитей углеродного волокна, покрытых тонкой свинцовой плёнкой. При этом используется меньшее количество свинца, распределённого по большой площади, что позволяет изготовить аккумулятор не только компактным и лёгким, при прочих равных параметрах, но и значительно более эффективным — помимо большего КПД, заряжается значительно быстрее традиционных аккумуляторов.

В аккумуляторах, применяемых в бытовых ИБП, систем охранной сигнализации и др. жидкий электролит загущают водным щелочным раствором силикатов натрия (Na2Si2O4) до пастообразного состояния. Это так называемые гелевые аккумуляторы (GEL), имеющие длительный ресурс. Другой вариант исполнения − с пористыми сепараторами из стеклоткани (AGM), допускающими более жёсткие режимы заряда.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации