Принцип работы акб: Что такое АКБ — принцип работы, термины, история изобретения

Какой принцип работы контроллера для аккумулятора

Контроллер Li-ion аккумулятора или батареи – это электронная плата, которая контролирует работу АКБ и не допускает опасных ситуаций при ее эксплуатации. Это краткий ответ на вопрос, что такое контроллер батареи. Чаще всего его называют BMS платой – от словосочетания Battery Management System.

Ее основные компоненты – это резисторы, MOSFET-транзисторы, накопительный конденсатор и микросхема защиты. Они оберегают батарею от неполадок по цепи питания, не допускают критических отклонений рабочих параметров и преждевременного выхода из строя.

Как выглядит контроллер аккумулятора?

Внешний вид контроллера зависит от типа элементов питания, для которых он предназначен. Например, для защиты Li-ion аккумуляторов популярного типоразмера 18650 используются миниатюрные платы, которые привариваются с помощью сварочной ленты к одному из контактов. В результате незащищенный аккум становится защищенным, его диаметр увеличивается на доли миллиметра, а длина – на 2–3 мм.

Аккумуляторные батареи всегда собираются из незащищенных элементов, а затем оснащаются платой защиты. Она выбирается в зависимости от схемы сборки батареи и необходимых функций. Контроллеры для Li-ion батарей бывают с балансировкой и без нее, разного функционала, рассчитанные на определенные рабочие характеристики и разное количество последовательно соединенных элементов в сборке: 3S, 4S, …, 20S и т.д.

Как работает контроллер аккумулятора?

Принцип работы контроллера батареи заключается в поддержании рабочих параметров в допустимых диапазонах. BMS плата контролирует работу АКБ сразу по нескольким параметрам:

1. По напряжению – она не допускает критического снижения напряжения (глубокого разряда аккумуляторов) и перезаряда аккумуляторов. Когда напряжение достигает критического минимума или максимума, контроллер отключает батарею от нагрузки или зарядного устройства. Для большинства литий-ионных аккумуляторов рабочее напряжение должно поддерживаться в диапазоне от 2,5 В в разряженном состоянии до 4,25 В в заряженном. В зависимости от типа аккумулятора, эти значения могут быть другими. В любом случае задача BMS платы – не допустить выхода напряжения за границы, установленные для конкретного типа АКБ. Тем самым контроллер оберегает элементы питания от деградации, потери емкости, вздутия, перегрева, риска возгорания и взрыва.
2. По току – контроллер отключает АКБ от нагрузки, если ток разряда превышает допустимые значения. Уровень токоотдачи у разных Li-ion аккумуляторов может составлять от 1С до 25С. И если в условиях, где нужны высокотоковые аккумуляторы, использовать обычные модели, они быстро придут в негодность. Контроллер защиты не допустит этого и просто отключит АКБ, если она не рассчитана на такие нагрузки. Также он защищает аккумуляторы от короткого замыкания.
3. По температуре – функция контроля температуры предусмотрена не во всех аккумуляторных контроллерах, но она важна для защиты АКБ от перегрева. Поэтому в схемы многофункциональных BMS плат обязательно входит терморезистор.

Некоторые BMS платы кроме основных функций умеют выполнять балансировку ячеек в аккумуляторной батарее – выравнивать напряжение всех аккумуляторов в сборке. Это помогает избежать несоответствий по уровню заряда и продлить срок службы батареи.

Причины блокировки аккумулятора контроллером

Если контроллер блокирует работу аккумулятора, причина может заключаться в следующем:

• короткое замыкание внутри элемента питания;
• глубокий разряд – критическое падение напряжения на ячейках.

Разрядившуюся батарею нужно скорее поставить на зарядку. Если же хранить ее в таком состоянии, дальнейший саморазряд приведет к полному разряду, и зарядить АКБ не получится. Контроллер в целях безопасности просто не позволит запустить процесс зарядки.

Это объясняется тем, что при хранении разряженных аккумуляторов в их структуре происходят необратимые процессы деградации, образуются кристаллы лития, возникает опасный контакт между полюсами и опасность взрыва. Задача контроллера – не допустить подобных последствий, поэтому он блокирует дальнейшее использование аккумуляторов с напряжением, упавшим ниже критического минимума.

Предыдущая статья блога VirtusTec посвящена литиевым АКБ для погрузчиков, штабелеров, и других видов складской техники.

Принцип работы и устройство аккумулятора автомобиля

Исправно работающая аккумуляторная батарея — такой же неотъемлемый атрибут, как рулевое управление или колёса с нормальным давлением в шинах. Они выпускаются сегодня в разных интерпретациях, требуют определённого ухода и отличаются конструктивными особенностями.

Назначение аккумулятора в автомобиле

Главные функции, которые призван выполнять автомобильный аккумулятор, заключаются в том, чтобы запускать двигатель машины и ещё обеспечивать током некоторые приборы-потребители. Это источник тока, который относится к возобновляемым, то есть, ёмкость батареи может и должна восстанавливаться, если она исправна. Каждая АКБ превращает электроэнергию в химическую, а впоследствии этот процесс происходит в обратном порядке.

Более всего это устройство востребовано на этапе запуска двигателя внутреннего сгорания. Однако аккумулятор также отвечает за работоспособность и питание всего электрооборудования на борту транспортного средства. Как только запущен мотор, то питание приборов осуществляется уже за счёт генератора, который одновременно заряжает и аккумулятор, ведь каждый запуск приводит к уменьшению его ёмкости.

За последние годы автомобили всех марок активно насыщаются электроприборами, системами климатического контроля, звука и видео, а все они питаются за счёт бортового электрического тока. Если генератор не справляется с его поставкой, то дополнительно идёт подпитка от батареи. Однако ключевая задача её заключается всё-таки в подаче тока для запуска стартера. Наибольший разряд АКБ случается в холодное время года, когда и возникает большинство проблем у автолюбителей.

Параметры АКБ

Необходимость знать основные параметры аккумулятора важна не только на этапе его покупки, но и в процессе обслуживания. Одной из ключевых характеристик считается ёмкость этого оборудования, которая даст информацию о длительности его бесперебойной работы. Для измерения используется такая единица, как ампер-часы, показывающая срок, в течение которого изделие может работать без дозаряда, расходуя свою ёмкость. На само значение ёмкости оказывают влияние внешние факторы: температура окружающего воздуха, сила тока и особенности конструкции.

Другой важный критерий называют пусковой силой тока АКБ. Для того чтобы его узнать, измеряют значение, которое обеспечивает батарея при температуре 18 по Цельсию. Именно показатель пусковой силы тока берут во внимание, когда хотят определить исправность оборудования. Нормальное напряжение обычно находится около отметки в 12,6 В, но может колебаться в пределах 13–14 В, в зависимости от модели.

Каждая банка должна давать напряжение порядка 2В, а измерить его можно при помощи специальной нагрузочной вилки. Она устанавливает сопротивление, которое приходится на каждую из банок, учитывая также их ёмкость.

Важно помнить: перезарядка тоже нежелательна для аккумулятора, как и слабый заряд. Если не отключить вовремя зарядное устройство, это может спровоцировать закипание электролита.

Мощность заряда батареи можно получить, перемножив между собой напряжение и силу пускового тока. Однако, чтобы говорить о мощности, следует ещё учитывать температуру воздуха за окном машины. Слишком холодая погода отрицательно влияет на мощность. Потребуется больше тока для запуска, а потому зимой нужна большая мощность, нежели в тёплое время года.

Чтобы узнать детальные характеристики, лучше обратиться к маркировке — как правило, она наносится на корпусе изделия. На ней можно найти производителя и год выпуска, товарный знак и тип аккумулятора, вес, количество банок и другие необходимые стандарты. Основным материалом может выступать эбонит, термопласт или пластмасса, прошедшая специальную обработку. Вес батареи не относится к базовым характеристикам и может даже отличаться от того значения, что заявил производитель. Это может произойти из-за того, что свинцовые пластины взаимодействуют с электролитом и постепенно разрушаются.

Устройство аккумулятора

Разберёмся далее, как устроен автомобильный аккумулятор. Он состоит из нескольких гальванических элементов, которые ещё принято называть банками. Они находятся в отдельных ячейках изолированно друг от друга. Каждая из таких ячеек содержит в себе блок с электродами, часть из которых аноды, а другая часть — катоды. Полублок состоит из большого количества тонких пластин, которые обладают сетчатой структурой. Чтобы разделить между собой анод и катод, применяется специальный материал-сепаратор.

В полость заливают раствор разбавленной серной кислоты, которая хорошо проводит электрический ток. В традиционных аккумуляторах требовалось доливать дистиллированную воду. Из-за вступания в реакцию молекул кислорода и водорода плотность электролита постепенно повышалась. Современные батареи не требуют вмешательства человека, потому их принято называть необслуживаемыми. Излишек газов, который образуется под крышкой, автоматически выходит наружу при помощи специальных клапанов.

Разбирая устройство автомобильного аккумулятора, нужно заглянуть под его крышку. Там мы увидим 6 банок, которые подключены последовательно в одну цепь. Сам корпус устойчив к воздействию серной кислоты, а производится он обычно из специального пластика или другого изолята. В каждую из банок помещаются как положительные, так и отрицательные электроды, а на каждый из них, в свою очередь, наносится активная обмазочная масса.

Электрическое замыкание аккумуляторной батареи машины не происходит из-за разделяющих элементов, сепараторов. Для производства проводящих ток электродов чаще всего используется свинец с определёнными добавками. Если соединить его с кальцием, это позволит понизить уровень саморазряда и необходимость частого долива дистиллята.

Решётки электродов также могут быть изготовлены по разнообразным технологиям. Главная их задача заключается в отводе тока для снижения внутреннего сопротивления изделия. В конструкцию решётки для придания ей большей прочности вставляют направляющие и опорную раму. Иногда их могут располагать вертикально или в шахматном порядке — это тоже делает конструкцию более прочной. Чтобы улучшить взаимодействие с веществом-электролитом, на решётки наносят активную обмазку. В случае с положительными пластинами – это диоксид свинца, в случае с отрицательными — свинец губчатый.

Подавляющее большинство современных автомобилей работает на батареях свинцово-кислотного типа, основу которых составляет жидкий электролит, помещённый под крышку корпуса. Однако за последние пару десятилетий широкое признание получили принципиально новые конструкции, избавленные от многих недостатков.

Кроме изделий с классическим жидким электролитом, на рынке можно встретить АКБ типа AGM или GEL. В них производитель также помещает электролит, но уже в связанном состоянии. Материал наподобие стекловолокна пропитывается электролитом и за счёт своей пористой структуры держит его как губка. В таком виде он и прилегает к пластинам. В другие типы аккумуляторов помещают гелеобразный электролит благодаря оксиду кремния, который добавляют в серную кислоту.

Принцип работы

Даже опытные автолюбители не всегда в полном объёме представляют себе принцип работы автомобильного аккумулятора. Основу составляет электрохимическая окислительная реакция свинца, которая происходит в растворе разбавленной водой серной кислоты. Когда происходит заряд, снижается количество диоксида свинца на пластине со знаком «минус». В это же самое время на положительной пластине количество свинца возрастает. При разряде аккумулятора осуществляются обратные процессы. Одновременно, когда АКБ автомобиля разряжается, возрастает объём воды в банках, а объём серной кислоты улетучивается. В большей степени это касалось батарей обслуживаемого типа.

Итак, принцип работы аккумулятора в машине можно свести к сложным химическим реакциям. Как только включается любой электропотребитель (стартер на запуске или другой прибор), батарея начинает утрачивать свою ёмкость. Диоксид свинца, помещённый на пластины со знаком «плюс», а также свинец обычный на отрицательных, вступают во взаимодействие с раствором серной кислоты. Как результат — появляются вода и сульфат свинца. Одновременно электролит становится менее плотным.

Когда мы подключаем аккумуляторную батарею своего автомобиля к зарядному устройству, начинается противоположная реакция. Накопленный сульфат свинца и дистиллированная вода обратно преобразовываются в серную кислоту и свинцовый диоксид. Чем дольше идёт заряд АКБ, тем большей становится плотность электролита. Одновременно происходит процесс сульфатации пластин.

Во время поездок на автомобиле происходит непрерывный, хотя и не быстрый, заряд аккумулятора, если, конечно, мы имеем дело с исправным генератором. То есть, восстанавливается его максимальная ёмкость, которую можно возобновить и принудительно, но для этого придётся снимать батарею и подключать её к зарядному устройству.

Немалое значение отводится температуре окружающего воздуха. Если она повышена, то мощность возрастает, но вместе с ней увеличиваются расход воды и разряд. Во время пониженной температуры все эти химические реакции замедляются, но вместе с ними уменьшаются ёмкость и значения пускового тока. В обычных условиях эксплуатации длительность службы АКБ не превышает 3–5 лет. Многое зависит от типа батареи и входящих в состав пластин добавок, а также от ухода за ней и климатических условий эксплуатации.

Чтобы алгоритм работы любой АКБ не нарушался, водитель должен уметь её обслуживать и соблюдать некоторые рекомендации для продления эксплуатационного срока службы. Они сводятся к следующим правилам:

• если оборудование относится к категории обслуживаемых, периодически проверяем уровень электролита в нём;
• клеммы и их наконечники должны быть сухими и чистыми, гарантировать хороший контакт;
• при окислении проводов или их наконечников их следует осторожно отсоединить, зачистить и проверить надёжность контакта;
• корпус батареи нужно держать в чистоте и сухости, убирать лишнюю пыль или следы масла.

Это основные советы для поддержания АКБ в своем автомобиле в исправном состоянии, что одновременно поможет продлить его эксплуатационный ресурс.

Акб устройство и принцип работы

Разность потенциалов, возникающая при погружении двух пластин в раствор с электролитом, составляет основной принцип работы аккумулятора. Для того, чтобы понять, как работает аккумуляторная батарея, необходимо знать ее устройство.

Устройство аккумуляторной батареи

Аккумулятором называется отдельно взятая ячейка, которая в соединении с другими подобными ячейками образует аккумуляторную батарею. В стандартной 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, вырабатывающих напряжение 2 вольта каждый. Все они заключены в общий корпус, обеспечивающий целостность всей конструкции.

Жесткие требования к корпусу связаны с необходимостью устойчиво переносить колебания температур, агрессивные химические воздействия, а, также, вибрацию. Основным материалом корпуса является полипропилен. В состав корпуса входят две части: основная емкость с большой глубиной, которая закрывается крышкой, оснащенной отверстиями с пробками либо дренажной системой.

В каждой ячейке устанавливается пакет собранный из свинцовых пластин с чередующейся полярностью. На их решетчатую конструкцию наносится активная масса, являющаяся рабочим реагентом. Такие пластины в обязательном порядке применяются в автомобильных аккумуляторах.

Для предотвращения замыкания, между пластинами вставляются сепараторы, материалом для которых служит пористый пластик. После сборки пакет фиксируется с помощью специального бандажа для предотвращения деформации и смещения. К плюсовым и минусовым выводам тока на пластинах подключаются клеммы приема тока.

Принципы работы

Принцип работы аккумулятора основан на реакции между двуокисью свинца положительной пластины, губчатым свинцом отрицательной пластины и раствором серной кислоты с водой. Этот раствор представляет собой электролит, плотность которого составляет 1,28 г/см3. Происходит образование электрического тока, с одновременным образованием на отрицательной пластине сульфата свинца. Происходит выделение воды из электролита, со снижением его плотности.

При поступлении электрического тока из внешних источников, таких как генератор или зарядное устройство, электрохимический процесс начинает происходить в обратном направлении. На отрицательных электродах происходит восстановление чистого свинца, а на положительных – регенерируется диоксид свинца. Одновременно повышается плотность электролита.

Таким образом, принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, позволяющей полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора напрямую зависит от качества используемых материалов.

Устройство и неисправности свинцовых аккумуляторов

Базовый принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора (АКБ), определяемый термином «двойная сульфатация», был разработан (изобретен) более полутора веков назад в районе 1860 года и с тех пор никаких принципиальных новшеств не претерпел. Появилось достаточное количество специализированных моделей, но устройство аккумулятора выпущенного вчера в Японии или производимого сегодня в России или в Германии, такое же, как и устройство самой первой батареи собранной «на коленке» во Франции, с неизбежными улучшениями и оптимизацией.

Назначение

АКБ в обычном автомобиле предназначен для работы стартера при запуске двигателя и для устойчивого снабжения заданного вольтажа электроэнергией, многочисленного электрооборудования. При этом роль автомобильного аккумулятора, как «энергетического буфера», при недостаточном поступлении энергии от генератора не менее важна. Типичный пример подобного режима – при работе двигателя на холостых оборотах во время стояния в пробке. В такие моменты весь электропакет и дополнительное сервис-оборудование запитаны только от аккумулятора. Критически важна роль кислотного аккумулятора при аварийных форс-мажорах: поломка генератора, регулятора напряжения, выпрямителя тока, при обрыве ремня генератора.

Правила подзарядки

Подзарядка свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора в штатном режиме производится от генератора. При интенсивной работе батареи требуется ее дополнительная подзарядка в стационарных условиях через специальное зарядное устройство. Особенно это актуально в зимнее время, когда возможность холодной батареи принимать заряд резко снижается, а потребление энергии на раскрутку мотора на морозе возрастает. Поэтому зарядку автомобильного АКБ необходимо проводить в тепле после его согревания естественным образом.

Важно! Ускорение согревания батареи горячей водой или феном недопустимо, так как реально разрушение пластин вследствие резкого перепада температур. При опадении наполнителя на дно банок, резко возрастает возможность саморазряда за счет замыкания пластин.
Для так называемых «кальциевых» аккумуляторов, недопущение полного или значительного разряда критически важно, потому что ресурс этого типа батарей ограничен 4-5 циклами полной разрядки, после чего аккумулятор приходит в негодность.

В современных гибридных автомобилях и в электромобилях аккумуляторная батарея имеет повышенные размеры и емкость, обеспечивая движение. Их так и называют – тяговые. В «чистых» электромобилях только аккумуляторы являются поставщиком энергии для движения и работы всего электрооборудования, отчего имеют значительные размеры и в разы большую емкость, чем батарея в «классическом» автомобиле с карбюраторным двигателем. Например: танковые, тепловозные, на подводных лодках и так далее. Хотя принцип кислотного аккумулятора во всех случаях одинаков за исключением размеров.

Устройство кислотного АКБ и принцип его работы

Устройство кислотной АКБ (свинцово-кислотного) различного назначения, от разных производителей отличается не принципиально и в тезисной форме выглядит следующим образом:

1. пластиковый контейнер-корпус из инертного, устойчивого к агрессивной среде материала;
2. в общем корпусе располагается несколько модулей-банок (как правило шесть), которые являются полноценными источниками тока и соединяются между собой тем или иным способом в зависимости от основных задач;
3. в каждой банке располагаются плотные пакеты, состоящие последовательно из разделенных диэлектрическими сепараторами отрицательно и положительно заряженных пластин (свинцовый катод и анод из диоксида свинца соответственно). Каждая пара пластин является источником тока, их параллельное соединение кратно увеличивает выдаваемое на напряжение;
4. пакеты залиты раствором химически чистой серной кислоты, разбавленной до определенной плотности дистиллированной водой.

Работа кислотного аккумулятора

В процессе работы кислотного аккумулятора на катодных пластинах образуется сульфат свинца и выделяется энергия в виде электрического тока. За счет выделяемой в процессе электрохимической реакции воды плотность кислотного электролита падает, он становится менее концентрированным. При подаче напряжения на клеммы в процессе зарядки происходит обратный процесс с восстановлением свинца до металлической формы и повышается концентрация электролита.

Как устроена щелочная батарея и принцип ее работы

Устройство щелочной батареи аналогично таковому у кислотного. Но положительно и отрицательно заряженные пластины имеют другой элементный состав, а в качестве электролита используется раствор едкого кали определенной плотности. Есть и другие отличия — в самом корпусе контейнера, выводе клемм и в наличии мелкосетчатой «рубашки» вокруг каждой отдельной пластины.

Отрицательные катоды традиционного щелочного аккумулятора выполнены из губчатого кадмия с примесью губчатого железа, положительные – из гидроокиси трехвалентного никеля с добавлением чешуйчатого графита, добавка которого, обеспечивает лучшую электропроводность катода. Пары пластин параллельно соединяются между собой в банках, которые тоже соединены параллельно. В процессе зарядки щелочного аккумулятора двухвалентный никель в гидрате закиси меняет валентность до значения «8» и превращается в гидрат окиси; соединения кадмия и железа восстанавливаются до металлов. При разрядке процессы противоположны.

Достоинства щелочной АКБ

К достоинствам щелочного типа относятся:

• внутреннее устройство обеспечивает повышенную устойчивость к механическим нагрузкам, в том числе к тряске и ударам;
• разрядные токи могут быть значительно выше, чем у кислотного аналога;
• в принципе отсутствует испарение/выделение вредных веществ с газами;
• легче и меньше при равных емкостях;
• имеют очень высокий ресурс и служат в 7-8 раз дольше;
• для них не является критичными перезаряд или недозаряд;
• эксплуатация их проста.

По достижении максимального возможного заряда и при продолжении подключения к зарядному устройству никаких отрицательных электрохимических процессов с элементами не происходит. Просто начинается электролиз воды на водород и кислород с ростом концентрации едкого кали и падением уровня электролита, что безопасно и легко компенсируется добавлением дистиллированной воды.
Очевидно, что имеются показатели, по которым этот тип аккумуляторов хуже кислотного:

• использование дорогостоящих материалов повышает стоимость на единицу емкости до четырех раз;
• более низкое – 1,25 В против 2 и выше В — напряжение на элементах.

Заключение

Правильная эксплуатация любого типа АКБ обеспечивает его долгую и надежную работу, что не только позволяет экономить финансы, но и гарантирует большую безопасность и комфорт при езде на автомобиле.

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.

Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.

Что такое АКБ для автомобиля, предназначение

То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.

Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.

Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.

Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.

При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.

Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.

Из чего сделан и что внутри аккумулятора

Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.

Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.

С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.

Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.

Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.

Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:

• Корпуса;
• Крышки;
• Отрицательных электродов;
• Положительных электродов;
• Положительной клемы;
• Отрицательной клемы;
• Соединительных перемычек;
• Заливных пробок;
• Электролита

Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.

Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.

Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.

В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).

В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.

Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.

Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.

Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.

Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.

Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (h3SO4) и дистиллированной воды.

Принцип работы АКБ

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.

Особенности конструкции современных АКБ

Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.

Рассмотрим их по отдельности:

Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

• Гелевые электролиты

Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.

Параметры и характеристики аккумуляторной батареи

Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.

Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.

Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.

• СТ – обозначает что батарея стартерная.
• 55 – обозначает ёмкость батареи, которая составляет 55 Ампер*час.

Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:

• Тип ДВС;
• Объём двигателя вашей машины;

Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:

• Двигатели объёмом до 1,6 литра. Для них подходят АКБ 6СТ-45;
• Двигатели объёмом от 1,6 до 2,5 литров. Для них подходит 6СТ-55;
• Двигатели объёмом от 2,5 до 3 литров. Для них подходит 6СТ-60;
• Двигатели объёмом от 3 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-75;
• Двигатели объёмом более 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90.

Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:

• Двигатели объёмом до 1,5 литра. Для них подходит 6СТ-55;
• Двигатели объёмом от 1,5 до 2,0 литров. Для них подходит 6СТ-60;
• Двигатели объёмом от 2-х до 2,7 литров. Для них подходит 6СТ-75;
• Двигатели объёмом от 2,7 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90;
• Двигатели объёмом от 3,5 до 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-132;
• Двигатели объёмом более 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-192 и больше.

Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.

Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.

Аккумуляторы будущего

Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.

Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.

• Гелевые аккумуляторы

Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.

Гелевая АКБ

• Литий-ионные аккумуляторы

Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

• Во-первых, они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
• Во-вторых, для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, что требует переделки электронной части генераторов.
• Ну и самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта

• Графен-полимерные аккумуляторы

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Опытная графен-полимерная АКБ

Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.

В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.

принцип работы аккумуляторной батареи, устройство АКБ автомобиля, типы устройств

Независимые элементы питания сейчас стали одними из наиболее востребованных устройств, изобретённых людьми. Конструкция большинства гаджетов и их назначение часто предполагает отсутствие непрерывного доступа к электросети, поэтому и стали необходимыми такие устройства, как аккумуляторы. Они дают возможность пользоваться нужными приборами в любых требуемых условиях.

Что называют аккумулятором

Аккумулятором в самом общем значении этого понятия называется техническое приспособление, которое используется для накопления какого-либо вида энергии с целью её последующей равномерной отдачи в течение достаточно длительного периода времени (в отличие от конденсатора, который отдаёт накопленный заряд моментально). Конденсатор сохраняет непосредственно электрический заряд, в отличие от аккумулятора, который при зарядке преобразует электрическую энергию в энергию химической реакции, а когда будет работать под нагрузкой, превратит накопленную химическую энергию в электрическую.

Принцип работы аккумуляторной батареи заключается в том, что постоянно происходит химическая реакция между жидкостью-электролитом и металлическими пластинами-электродами. Единичные аккумуляторы очень слабы и не могут давать ток, достаточный для работы большинства устройств. Поэтому чаще всего они объединяются в аккумуляторные батареи, в которых используется последовательное или параллельное соединение отдельных элементов питания.

Разряд элемента питания

Конструкция подобных источников питания предполагает наличие двух клемм: плюса и минуса. Их работа происходит таким образом: при отсутствии нагрузки электрическая цепь разомкнута, а при подключении к полюсам какого-либо устройства цепь замыкается и начинается разрядка АКБ. Ток разряда, протекающий по батарее в таких условиях, возникает за счёт перемещения между электродами ионов: анионов и катионов.

Более подробно процесс разрядки батареи удобнее всего будет рассмотреть на конкретном примере. Катод (положительный электрод в источнике тока) состоит из гидрата закиси никеля, в который для улучшения проводимости добавляется графитовый порошок.

Для изготовления анода (отрицательного электрода) в батареях такого типа применяются железные сетки с губчатым кадмием. Электролитом в таком устройстве будет смесь гидроксидов калия и лития. Оксид-гидроксид никеля в таком щелочном источнике питания вступает в химическое взаимодействие с атомами кадмия и молекулами воды. В результате такой реакции образуются гидроксиды кадмия и лития, а также выделяется электроэнергия.

Цикл заряда батареи

Для начала зарядки от клемм аккумулятора необходимо отключить нагрузку. На свободные клеммы батареи подаётся постоянный ток со значением напряжения большим, чем выходное напряжение заряжаемого устройства.

При осуществлении зарядки следует строго соблюдать полярность, то есть должны совпадать положительные и отрицательные контакты батареи и зарядного устройства. Важно учитывать, что устройство для зарядки необходимо выбирать с большей мощностью, чем сам аккумулятор, для того, чтобы преодолевать сопротивление оставшейся в нём энергии и производить электрический ток с направлением, противоположным току разряда. В результате обратимые химические реакции, протекающие в АКБ, поменяют своё направление.

Для рассмотрения примера можно взять также никель-кадмиевую батарею. В реакцию вступают гидроксиды кадмия и никеля, образовавшиеся при цикле разряда. Продуктами этой реакции будут оксид-гидроксид никеля, вода и восстановленный кадмий.

Из всего вышесказанного следует, что во время рабочего цикла меняется только химический состав электродов. Электролит лишь создаёт требуемую для протекания реакций среду. С течением времени он может испаряться, что не самым лучшим образом скажется на продолжительности работы батареи. Рассмотренный принцип работы верен для любого типа аккумуляторов, будет изменяться только химический состав электродов и электролита.

Типы соединения аккумуляторов

Отдельные аккумулирующие элементы позволяют получать малые напряжение и силу тока. Например, чаще всего значение напряжения будет находиться в пределах 1−2 вольта. Для работы большинства устройств таких значений явно недостаточно. Чтобы повысить получаемое напряжение или силу тока, нужно устроить соединение аккумуляторов в батарею. Нужно подробнее остановиться на описании этих способов.

Параллельное соединение

Для соединения аккумулирующих элементов в батарею или нескольких АКБ требуется соединять их положительные клеммы с положительными, а отрицательные с отрицательными. К нагрузке присоединяются соединённые выводы всех элементов. При таком способе соединения напряжение в цепи будет таким же, как у каждой батареи по отдельности (если использовать батареи с одинаковым напряжением). А ёмкость станет равна сумме ёмкостей всех входящих в батарею элементов. Соответственно, вырастет и сила тока, которую такое устройство будет способно давать за определённый период до полной разрядки.

Последовательный способ

При использовании последовательного способа соединения АКБ следует связывать разнополярные контакты. Положительную клемму одного устройства соединяют с отрицательной клеммой другого, а электрическая схема подключается к свободным контактам первой и последней батарей. Итоговое выходное напряжение при применении такого вида соединения будет равняться сумме выходных напряжений всех задействованных источников электрического тока.

Например, чтобы получить АКБ с выходным напряжением двенадцать вольт, следует соединить последовательно четыре источника с напряжением три вольта или десяток аккумуляторов с выходным напряжением 1,2 вольта. Общая ёмкость собранных при помощи последовательного соединения АКБ будет равна ёмкости каждого аккумулятора по отдельности, то есть не изменится.

Типы источников тока

АКБ различаются по своему предназначению, характеристикам, тому как устроен аккумулятор и материалам, используемым при их изготовлении. На сегодняшний день в мире производится более трёх десятков типов различных аккумуляторов, основное различие между которыми заключается в химическом составе электродов, а также используемым видом электролита. Так, к примеру, в группу литий-ионных аккумуляторов входит двенадцать различных моделей. Наиболее популярными из всех производимых являются следующие типы:

• свинцово-кислотные;
• литиевые;
• никель-кадмиевые.

На них приходится значительная часть рынка элементов питания. Для лучшего представления о том, из каких материалов могут изготавливаться современные аккумуляторы стоит привести их полный список:

• железо;
• свинец;
• титан;
• литий;
• кадмий;
• кобальт;
• никель;
• цинк;
• ванадий;
• серебро;
• алюминий;
• целый ряд прочих металлов, которые, правда, используются крайне редко.

Применение при производстве различных материалов оказывает значительное влияние на итоговые эксплуатационные показатели и, как следствие, на область возможного использования. Например, литий-ионные АКБ часто устанавливаются в мобильные компьютеры и другие гаджеты.

В то время как никель-кадмиевые аккумуляторы в основном используются как альтернатива простым одноразовым батарейкам. В теории аккумуляторные батареи любого типа могут сочетаться с любым устройством. Дело лишь в целесообразности и себестоимости производства.

Основные характеристики

Выше были рассмотрены материалы, применяющиеся при изготовлении перезаряжаемых элементов питания, основные принципы их работы и способы соединения. Теперь можно перейти к их эксплуатационным качествам. Важнейшими эксплуатационными характеристиками являются:

• Плотность энергии АКБ. Этот показатель равен отношению полного количества электроэнергии, которую аккумулятор способен отдать, к его массе или объёму.
• Ёмкостью называют максимальный отдаваемый аккумулятором заряд во течение цикла разрядки, до достижения минимального значения напряжения на клеммах. В метрической системе такая величина выражается в кулонах (Кл), но в повседневной жизни гораздо чаще применяется внесистемная единица ампер-час (Ah) или, для слабых элементов питания миллиампер-час. Также в некоторых случаях может использоваться показатель, называемый энергетической ёмкостью. Он выражается в джоулях (система СИ) или в ватт-часах. Ёмкость показывает прибор какой мощности и в течение какого времени может питаться от конкретной АКБ.
• Температурный режим — диапазон значений температуры окружающей среды, в котором производитель рекомендует использование этого аккумулятора. При значительном отклонении от рекомендуемого изготовителем диапазона эксплуатационных температур, сильно возрастает вероятность того, что источник питания придёт в негодность. Это можно объяснить влиянием пониженных и повышенных температур на скорость течения химических реакций, а также на изменение давления внутри батареи.
• Саморазрядом АКБ называют потерю заряда, происходящую в заряженной батарее, при условии отсутствия нагрузки, подключённой к контактам. Величина этого показателя определяется, в основном, конструкцией батареи. Она может со временем возрастать из-за нарушения изоляции межу электродами по целому ряду причин.

Все эти параметры аккумуляторных батарей предоставляют наибольший интерес для конечного пользователя.

Устройство электродов

В качестве примера можно использовать свинцово-кислотную батарею. Каждая ячейка такого аккумулятора содержит пару электродов и разделительные пластины, которые изготовляются из пористого материала, не вступающего в химическое взаимодействие с кислотой. Такие пластины призваны препятствовать короткому замыканию погруженных в электролит электродов, и называются сепараторами.

Электроды в таких аккумуляторах выполняются в виде плоских свинцовых решёток. В ячейки таких решёток запрессовывается порошкообразная двуокись свинца (в пластинах-анодах) и металлический свинец в порошковой форме (в пластинах-катодах). Применение порошков обусловлено стремлением увеличить площадь поверхности раздела на границе электролит — электрод, что значительно повышает ёмкость такого источника тока.

Имеются экспериментальные образцы аккумуляторов, в которых свинцовые решётки замешены электродами, состоящими из сплетённых нитей углеволокна, которые покрываются тончайшим свинцовым напылением. Такая технология позволяет использовать значительно меньше свинца за счёт распределения его по большой площади, что делает аккумуляторную батарею не только миниатюрнее и легче, но и повышает её эффективность. КПД выше, чем у традиционных, а время зарядки сильно снижено.

Проводящее вещество

Пластины электродов и сепараторов опущены в электролит, в качестве которого в свинцово-кислотных аккумуляторах используется серная кислота, разведённая дистиллированной водой. Такая вода применяется для приготовления раствора потому, что она не оказывает влияния на кислотность среды. Проводимость получаемого таким образом раствора зависит лишь от концентрации серной кислоты и комнатных условиях будет максимальной при значении плотности жидкости-электролита в 1,23 грамма на кубический сантиметр.

Проводимость электролита обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению источника питания, и, соответственно, повышение проводимости снижает потери энергии и увеличивает КПД. Стоит отметить, что в областях холодного климата часто используют повышенные до 1,29−1,31 грамма на кубический сантиметр концентрации серной кислоты. Это делается для предотвращения замерзания электролита. Ведь образующийся лёд может повредить корпус аккумулятора.

В батареях, которые устанавливаются в бытовые источники бесперебойного питания, системы сигнализации и другие бытовые приборы, жидкий электролит иногда сгущается до состояния пасты раствором силиката натрия. Но принцип работы АКБ остаётся тем же.

Области применения АКБ

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

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

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

Принцип работы аккумуляторной батареи (АКБ)

Назначение, устройство и принцип работы аккумулятора

 

Назначение автомобильной аккумуляторной батареи понятно каждому мало-мальски сведущему в технических вопросах автолюбителю. С первой ее функцией — обеспечением запуска двигателя — мы сталкиваемся каждый день. Есть и вторая — реже применяемая, но от того не менее значимая — использование в качестве аварийного источника питания при выходе из строя генератора. Кроме того, на современных автомобилях с электроникой на борту аккумулятор выполняет роль сглаживателя пульсаций напряжения, выдаваемого генератором.

 

Все стартерные батареи, выпускаемые в настоящее время для автомобилей, являются свинцово-кислотными. В основу их работы заложен известный еще с 1858 г., и по сей день остающийся практически неизменным принцип двойной сульфатации.

 

Любая автомобильная батарея представляет из себя корпус — контейнер, разделенный на шесть изолированных ячеек — банок.

 

Каждая банка является законченным источником питания, напряжением порядка 2.1 В. В банке находится набор положительных и отрицательных пластин, отделенных друг от друга сепараторами. Как известно из школьного курса физики, две разнозаряженные пластины уже сами по себе являются источником постоянного напряжения, параллельное же их соединение увеличивает ток.

 

Последовательное соединение шести банок и дает батарею с напряжением порядка 12.6 В. Любая из пластин, как положительная, так и отрицательная, есть не что иное, как свинцовая решетка, заполненная активной массой. Активная масса имеет пористую структуру с тем, чтобы электролит заходил в как можно более глубокие слои и охватывал больший ее объем. Роль активной массы в отрицательных пластинах выполняет свинец, в положительных — перекись свинца.

 

Вес залитой АКБ ёмкостью 55 Ач составляет около 18 кг. Эта цифра складывается из массы электролита — 5кг (что соответствует 5,5 л), массы свинца и всех его соединений — 11 кг, а также 1,5 кг, приходящегося на долю бака и сепараторов.

 

Долговечность работы АКБ.

Средний срок службы современных АКБ при условии соблюдения правил эксплуатации составляет 4-5 лет.

 

Наиболее губительными для батарей являются глубокие разряды. Оставленные на ночь включенными световые приборы, либо другие потребители способны разрядить ее до плотности 1.12 — 1.15 г/см3, т.е. практически до воды, что приводит к главной беде аккумуляторов — сульфатации свинцовых пластин.

 

Пластины покрываются белым налетом, который постепенно кристаллизуется, после чего батарею практически невозможно восстановить. Отсюда вытекает главный вывод — необходимо постоянно следить за состоянием батареи, периодически замерять плотность электролита. Особенно актуально это в зимнее время. Следует отметить, что сульфатация в определенных пределах — явление нормальное и присутствует всегда.

 

Если же разряжать батарею длительное время, не давая ей «подпитки», то падение плотности ниже критического значения неизбежно приводит к образованию кристаллов сульфата свинца, не вступающих в реакцию ни при каких обстоятельствах. А это означает, что начался необратимый процесс сульфатации.

 

Опасен для батареи и перезаряд. Это происходит при неисправном регуляторе напряжения. При этом электролит начинает «кипеть» — происходит разложение воды на кислород и водород и понижение уровня электролита. Вот почему необходимо следить за зарядным напряжением. Естественно, это не составляет труда, если на панели приборов присутствует вольтметр. Если его нет?

 

В этом случае подключите тестер (в режиме вольтметра) между «+» и «массой» аккумуляторной батареи. Нормальный зарядный режим батареи обеспечивается в диапазоне 14,2±0.7В. В более древних авто напряжение в норме было порядка 14 В, в современных ближе к верхней границе 14,5…14,8 В. Если напряжение меньше, то стоит проверить натяжение ремня, надежность контактных соединений цепей системы электроснабжения. Если же это не помогает — неисправность нужно искать в регуляторе напряжения, а это уже другая история и не без участия электрика. Также вина ложится на регулятор, если напряжение превышает 14.6…15 В.

 

Рекомендации по эксплуатации

 

Оптимальным способом зарядки батареи, является ее заряд от бортовой сети автомобиля (естественно, при условии исправности последней).

 

При данном способе происходит постоянное перемешивание электролита и наиболее полное его проникновение во внутренние слои активной массы. Однако было бы ошибочным полагать, что заряд батареи начинается сразу же после пуска двигателя и продолжается все время, пока двигатель в работе. Исследования показывают, что батарея принимает заряд в сильной зависимости от прогрева электролита.

 

Именно этим и опасен довольно распространенный способ эксплуатации транспортных средств. Холодный запуск зимой с получасовым движением до работы, и затем редкие непродолжительные поездки на протяжении рабочего дня не дают прогреться электролиту и, следовательно, зарядиться Вашей батарее. Тем самым разряженность АКБ увеличивается изо дня в день и в итоге может привести к печальному результату.

 

Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы. Нормальный запуск двигателя при однократном вращении стартера в течении 10с забирает ёмкость 300А х 10с = 3000 Ас = 0.83 Ач, что составляет около 1.5% от ёмкости аккумулятора.

 

При медленном же разряде участвуют не только поверхностные слои активной массы, но и глубинные, потому и разряд происходит более глубокий. Однако это не означает, что стартерные режимы не так губительны для батареи — стартером точно также можно разрядить батарею до критической величины.

 

Каковы же признаки выхода из строя батареи? Батарея не заряжается, плотность низкая и не повышается в процессе заряда. Большой саморазряд — батарея зарядилась, но не держит заряд. Можно попытаться потренировать батарею, однако если произошло осыпание активной массы пластин, либо кристаллизация сульфата свинца, то это уже не исправить.

 

Вообще, освоить способ оценки степени возможной разрядки батареи от каких-либо действий (в том числе и осознанных) не составит большого труда. Необходимо усвоить несколько истин и запомнить несколько цифр.

 

1. Батарея начинает более-менее принимать заряд лишь только после прогрева электролита до положительной температуры (как вы понимаете, при температуре воздуха -20° С температура электролита в батарее хранящегося на свежем воздухе автомобиля будет примерно такой же).

 

2. Коэффициент полезного действия процесса зарядки составляет примерно 50%.

 

3. Каждый автомобильный генератор характеризуется следующими показателями:

ток отдачи генератора при работе двигателя на холостом ходу.

ток отдачи генератора при работе двигателя на номинальных оборотах.

Для многих автомобилей эти цифры имеют следующие значения:

 

Таблица 1

 

Ток отдачи на холостом ходу	От 16 до 35 A
Ток отдачи на номинальных оборотах	От 42 до 85 А

Очень важна величина потребления энергии автомобильными приборами:

Таблица 2

Потребитель	Ток, А
Зажигание	2
Габариты	4
Ближний свет	9
Дальний свет	10
Обогрев заднего стекла	10-11
Вентилятор отопителя (печки): 1-я скорость 2-я скорость	5-7 10-11
Cтеклоочистители	3-5
Магнитола	5
Итого:	38-48

Таким образом, оставленные включенными габариты за три часа «съедят» 4А х 3ч= 12 Ач ёмкости батареи, что соответствует разряду приблизительно на 20%. Это не страшно для одного раза. Однако повторив это ещё раз, Вы уже рискуете не завести свою машину, особенно, если дело происходит зимой, т.к. разряд составит порядка 40% (тем более, что к тому же зимой батареи, как правило, эксплуатируются более разряженными).

 

Аналогично посчитаем, что Вы имеете при продолжительной работе двигателя на холостом ходу. Как уже показано выше, ток отдачи генератора автомобиля на холостом ходу, в среднем, составляет 24А. Вычитаем из этой величины 2А, необходимые для обслуживания системы зажигания. Остается 22А. Используя таблицу 2, нетрудно посчитать, чем стоит пожертвовать с тем, чтобы хоть немного осталось на зарядку АКБ.

 

Для владельцев иномарок с автоматической коробкой передач картина ещё более печальная. Обычно, стоя в пробке или на светофоре, мы не переключаемся на нейтральную передачу, а жмём ногой на тормоз. Это понижает обороты двигателя от стандартных 800-900 об./мин. до 600-700 об./мин., что, соответственно понизит ток генератора, а стоп-сигналы добавят ещё пару ампер потребления тока. Да и обогрев заднего стекла у немцев, например, существенно мощнее, чем у отечественных автомобилей.

 

Следует знать, что зимние условия эксплуатации автомобиля в принципе очень тяжелы для аккумуляторной батареи. Наверняка будут полезны следующие данные. Результаты исследований говорят о том, что при эксплуатации автомобиля в обычных и в то же время очень тяжелых, для АКБ, условиях (испытания в режиме эксплуатации «город-зима-ночь») аккумулятор получает порядка 1Ач в час. Следовательно, если, как в примере, приведенном выше, при запуске двигателя (зимой, при работе стартера 10 сек) расходуется 0,83 Ач энергии аккумулятора, то для восполнения этой энергии двигатель должен проработать, хотя бы 0,83*1=0,83 час=50 минут. Если же это время движения меньше, а плюс расход на дополнительные приборы отопления, обогрева, освещения и музыкального сопровождения, то получается, что Ваш АКБ хронически недозаряжается, чем неизбежно идёт к своей преждевременной кончине и обрекает Вас на риск остаться в одно прекрасное, морозное утро не у дел!!!

 

Терминология

 

Аккумуляторная батарея — один из основных элементов электрооборудования автомобиля, поскольку она накапливает и хранит электроэнергию, обеспечивает запуск двигателя в различных климатических условиях, а также питает электроприборы при неработающем двигателе.

 

Автомобильные свинцово-кислотные 12-вольтовые АКБ состоят из 6-ти последовательно соединенных элементов (банок), объединенных в общий корпус. Из каждой банки осуществляется газоотвод, конструкции могут существенно отличаться.

 

Электролит представляет собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде (для средней полосы России плотностью 1.27-1.28 г/см3при t=+20°С). Кипение электролита — бурное выделение газа при электролитическом разложении воды с выделением кислорода и водорода. Это происходит во время заряда батареи.

 

Саморазряд — самопроизвольное снижение ёмкости АКБ при бездействии. Скорость саморазряда зависит от материала пластин, химических примесей в электролите, его плотности, от чистоты верхней части корпуса батареи и продолжительности ее эксплуатации.

 

Напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи без нагрузки (ЭДС — электродвижущая сила) должно находиться в пределах 12.6-12.9 В. Напряжение в бортовой сети автомобиля при работающем двигателе несколько выше, чем на клеммах АКБ, и должно находиться в пределах 13,8-14,8 В (0,2 В от крайних значений). Значение напряжения ниже 13.8 В ведет к недозаряду батареи, а выше 14.4В — к перезаряду, что пагубно сказывается на ее сроке службы.

 

Полярность аккумуляторной батареи — термин, определяющий расположение токосъемных выводов на ее корпусе. На зарубежных батареях полярность может быть прямой или обратной, т. е. ориентировка положительного и отрицательного выводов относительно корпуса может быть различной. По российскому стандарту (если смотреть со стороны выводов) отрицательный (-) должен располагаться справа, положительный (+) слева.

 

Емкость батареи — способность батареи принимать и отдавать энергию — измеряется в ампер-часах (Ач). Для оценки ёмкости батареи принята методика 20-ти часового разряда током 0.05С20 (т.е. током, равным 5% от номинальной ёмкости). Т.е., если ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75 А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.

 

Данная характеристика определяет возможность питать потребителей в экстремальной ситуации (при отказе генератора). Характеризуется объемом активной массы.

 

Значение тока холодного старта при -18°С (по DIN) — Величина тока, которую батарея способна отдать при пуске двигателя при температуре -18°С. Наиболее важная характеристика, напрямую сказывающаяся на пуске двигателя. Ведь при -20°С ток, потребляемый стартером, составляет порядка 300А. (Для пуска в летнее время горячего двигателя этот же показатель равен 100-120А.) Значение стартового тока определяется конструкцией батареи, пластин, сепараторов. Чем ниже внутреннее сопротивление батареи, тем выше стартовый ток, тем надежнее пуск двигателя при низких температурах.

 

Резервная ёмкость — время, в течении которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями батарей после значения тока холодного старта.

 

Корпус современных АКБ — изготавливается из пластмассы, в большинстве случаев полупрозрачной, позволяющей контролировать уровень электролита. Необслуживаемые батареи.

 

Сразу следует оговориться, что этот термин не должен пониматься буквально и восприниматься как руководство к бездействию. Это название говорит об улучшенных потребительских свойствах батареи. Необслуживаемые АКБ требуют долива воды не чаще одного раза в год при условии использования их на автомобилях с исправным электрооборудованием и среднегодовым пробегом 15-20 тыс. км. Встречаются конструкции, исключающие всякое вмешательство на всем протяжении срока службы, но они особенно критичны к состоянию автомобильного электрооборудования.

 

Большинство необслуживаемых батарей выпускаются заводами-изготовителями, залитыми электролитом. Так как эти батареи имеют значительно меньший саморазряд, они могут храниться от 6 месяцев до 1 года без подзаряда. Саморазряд новых необслуживаемых батарей за 12 месяцев может составить до 50% от номинальной ёмкости.

 

Выбор и покупка АКБ

 

Убедитесь, что выбираемая батарея соответствует конструктивным особенностям вашего автомобиля (ёмкость, место установки, способ крепления, полярность, форма и размер токосъемных выводов). Специализированные торговые фирмы имеют каталоги всего ассортимента, в которых систематизирована информация о модификациях и технических характеристиках.

 

Нецелесообразно на автомобиль с устаревшей системой электрооборудования устанавливать батарею, исключающую долив воды. Это приведет к сокращению ее срока службы или отказу. Емкость батареи не должна существенно отличаться от указанной заводом-изготовителем автомобиля. Несоблюдение этого условия приводит к резкому сокращению службы как батареи так и стартера.

 

Очень неплохо знать рекомендуемую величину пускового тока стартера для Вашего автомобиля. На многих автомобилях устанавливаются стартеры с редуктором. Это позволяет существенно уменьшить величину пускового тока в первые моменты запуска, особенно в сильные морозы, а значит существенно продлить жизнь Вашего аккумулятора.

 

Внимательно изучите текст гарантийного талона. Обратите особое внимание на те разделы, где перечислены: случаи, исключающие гарантийное обслуживание; адреса гарантийных мастерских; условия эксплуатации.

 

Маркировка аккумулятора должна иметь ссылку на стандарт (DIN, SAE, En или другие). В маркировке по стандарту SAE не указывается значение ёмкости в ампер-часах (Ач). Указание ёмкости в Ач в стандарте SAE – косвенный признак подделки. Наиболее подвержены подделкам дорогие аккумуляторы известных фирм-изготовителей, поэтому приобретать их лучше в торговых фирмах, заслуживающих доверие.

 

Большинство фирм-изготовителей кодирует дату выпуска АКБ. Современные необслуживаемые батареи допускают достаточно длительное хранение без существенной потери своих потребительских свойств, поэтому дата изготовления менее актуальна. Предпочтительнее приобретать залитый качественным заводским электролитом аккумулятор. Он готов к работе, легко поддается проверке. Не залитый сухозаряженный аккумулятор требует дополнительного времени и затрат на подготовку к эксплуатации.

 

Не спешите отдать деньги! Вы вправе требовать проверки аккумулятора. Первым делом сдерите с него защитную упаковочную пленку, какой бы красивой она ни была, и убедитесь, что корпус не поврежден – такое случается довольно часто. Затем попросите продавца измерить плотность электролита – она не должна быть ниже номинальной более чем на 0,02 г/см3 и одинаковой во всех банках, что соответствует примерно 80-процентной заряженности батареи. Последнюю проверку следует провести с нагрузочной вилкой – ее вольтметр должен показать 12.5–12.9 В при отключенной нагрузке, а при включенной – не опускаться в течение 10 секунд ниже 11В.

 

В случае отклонения от этих значений, батарея может оказаться частично или полностью непригодной к эксплуатации. Если вам отказывают в проверке аккумулятора, не могут подтвердить качество товара сертификатом, гарантийным талоном, то лучше отказаться от покупки.

 

Установка АКБ

 

Перед установкой батареи обязательно полностью удалите с нее полиэтиленовую пленку. Газоотводные отверстия должны быть открытыми. Обратите внимание на правильность подключения. Клеммы АКБ рекомендуется зачистить и после закрепления смазать вазелином. Это делается для предохранения контактов от попадания влаги и окисления места контактов. Особенно это касается силовых проводов с медными (а не свинцовыми) наконечниками.

 

Очень важно уделить внимание проводам. Клеммы необходимо зачистить не только со стороны аккумулятора, но и с другой стороны. Место, куда крепится массовый провод (-) надо тоже тщательно зачистить от краски, масла и прочей грязи. Контакт затянуть туго. Это же касается клеммы на стартёре. Невнимание к проводам и контактам может очень сильно «выйти боком» зимой на морозе.

 

Обратите внимание, что на многих автомобилях батарея стоит довольно близко к выпускному коллектору. То есть летом ей будет довольно жарко, а это для батареи очень плохо! На «правильных» машинах предусмотрена термоизоляция АКБ от двигателя.

 

Рекомендации по эксплуатации и обслуживанию

Условия эксплуатации оказывают существенное влияние на срок службы аккумуляторной батареи. Частые запуски двигателя и поездки на короткие расстояния, неисправности электрооборудования (стартер, генератор, реле-регулятор), дополнительные потребители электроэнергии, несвоевременное обслуживание способны сильно сократить срок ее службы.

 

При продолжительном движении по трассе батарея может перезаряжаться (кипеть) — в городе с малыми пробегами и «пробками» она, как правило, разряжается (см. выше).

 

Генератор (при холостых оборотах двигателя) зимой не обеспечивает работу большинства штатных потребителей, не говоря о дополнительных. К включенным габаритным огням, ближнему свету фар, стоп-сигналам, указателям поворота, аудиоаппаратуре добавляются обогрев заднего стекла и вентилятор отопителя. Ежедневный недозаряд батареи постепенно уменьшает ее ёмкость, что в итоге приводит к невозможности запуска двигателя стартером.

 

Отказ аккумуляторной батареи может быть вызван и током утечки в электрооборудовании автомобиля. Это происходит, когда при отключении всех потребителей один или часть из них остается включенным в электрическую цепь (неисправны выключатель или реле). Виновником может быть и сигнализация. После глубокого разряда АКБ может не восстановить свою первоначальную номинальную ёмкость. Батарея не сможет нормально работать, если для запуска двигателя требуется продолжительное включение стартера (неисправны системы питания, зажигания).

 

Обслуживание АКБ в процессе эксплуатации сводится к проверке и приведению в соответствие с требованиями: уровня и плотности электролита; чистоты и надежности крепления электрических соединений батареи с корпусом автомобиля, параметров электрооборудования автомобиля. Необходимо также очищать и смазывать выводы и клеммы, содержать батарею в чистоте. Протирайте верхнюю поверхность водным раствором питьевой соды. Доведение плотности электролита до требуемой производится путем заряда батареи от стационарного зарядного устройства. Значение зарядного тока в амперах (А) не должно превышать 1/10 ёмкости батареи (упрощенно).

Продление жизни новой батарее

Коротко об этом сказать трудно. В первую очередь, следует залить электролит, точно соответствующий не только климатической зоне, но и сезону эксплуатации. Если батарея будет работать только в теплое время года, то плотность электролита может быть 1.20 г/см3, а если до -15°С — 1.24 г/см3 и т.д. Такая точность, безусловно, снизит скорость сульфатации пластин, следовательно, увеличит долговечность батареи.

 

На срок службы АКБ значительно влияет средняя степень заряженности, которая зависит от исправности реле-регулятора. Необходимо, чтобы эта величина поддерживалась не ниже 75%. справка:

Установлено, что отклонение регулируемого напряжения на 10…12% вверх или вниз от оптимального сокращает срок службы батареи в 2…2.5 раза.

 

Во-первых, отрегулируйте двигатель так, чтобы он легко заводился с пол оборота. Это предохранит АКБ от глубокого разряда. При пуске двигателя стартером через аккумуляторную батарею проходит ток в несколько сот Ампер, что не способствует ее долговечности. Поэтому, чем легче пуск двигателя, тем лучше для АКБ: она прослужит дольше.

 

Cправка:

Сокращение времени работы стартера вдвое при шести-восьми ежедневных пусках повышает срок службы аккумуляторной батареи приблизительно в 1.5 раза. Во-вторых, отрегулируйте при необходимости реле-регулятор, чтобы напряжение было в пределах 13.8…14.4В. Это одно из важнейших условий. В-третьих, никогда не позволяйте снизиться уровню электролита в банках ниже требуемого.

 

Cправка:

Падение (выкипание при высокой температуре воздуха) уровня дистиллированной воды может снизить срок службы батареи на 30%. Эти простые советы, продлят жизнь АКБ.

 

Особенности эксплуатации АКБ в зимний период

 

Первое! Проверить напряжение генератора при заведённом моторе, которое должно соответствовать 13.8…14.4В. Это питание АКБ, без которого ей не жить!!!

 

Второе! Обязательно провести ревизию всех силовых проводов, клемм и контактов. Клеммы зачистить мелкой шкуркой. Контакты на АКБ тоже зачистить и затянуть. Можно затем смазать литолом, чтобы к контактам не попадала влага.. С другой стороны силовых проводов так же провести ревизию контактов.

 

Третье! Замерим плотность электролита во всех банках без исключения. Норма 1.27-1.28 г/см3. У Вас далеко не так!? Значит, снимаем батарею и ставим на зарядку. Ни в коем случае не пытаемся повысить плотность электролита добавлением концентрированной кислоты, какая бы низкая не была его плотность. Желаемого же результата — повышения ёмкости батареи при этом не произойдет.

Прикуривание от другого автомобиля

Для российских автовладельцев нормальная ситуация, когда сосед просит «прикурить» его аккумулятор. Для этой нехитрой процедуры помимо автомобиля с заряженным аккумулятором, необходимы ещё и правильные провода. Те провода, что продаются на рынках имеют просто ужасное качество. Мало одного того, чтобы эти провода были медными и достаточно большого сечения. Необходимы очень качественные «крокодилы», обеспечивающие большую площадь контакта и большое усилие зажима, и необходим хороший контакт между проводом и «крокодилом». Не забываем, что по этим проводам у нас потечёт около 200 ампер!

 

Чтобы не навредить сложным электронным системам вашей собственной машины, эта, казалось бы, элементарная процедура требует соблюдения строгой последовательности действий.

Соедините красный кабель с клеммой (+) на заряженном аккумуляторе.

Соедините другой конец красного кабеля с клеммой (+) на «севшем» аккумуляторе.

Соедините черный кабель с клеммой (-) на заряженном аккумуляторе.

Соедините другой конец черного кабеля с чистой точкой заземления на блоке двигателя или на шасси, главное — подальше от аккумулятора, карбюратора, топливных шлангов и т.п., прикуриваемого авто. В момент подсоединения будьте готовы к небольшой искре.

Следите, чтобы оба кабеля не касались движущихся деталей.

Запустите автомобиль с заряженным аккумулятором и дайте ему поработать не менее одной минуты.

Попробуйте запустить автомобиль с «севшим» аккумулятором. Если двигатель не заведется, подождите несколько минут и повторите попытку. Если же заведется, дайте ему поработать несколько минут в таком положении.

Выключите автомобиль с заряженным аккумулятором.

При отсоединении кабеля следуйте описанной выше процедуре в обратной последовательности.

Совет от Eugenijus K.Eugenijus K. :

На машине, от которой прикуривают (источник) надо врубить печку (вентилятор) на полный ход — и зимой, и летом. Дело в том, что индуктивный (реактивный) характер сопротивления работающего электродвигателя практически полностью гасит тот самый бросок (фронт) напряжения, который на машинах с «звенящей» проводкой (Авдотья 100, Субару Легаси до 1996-го и многие другие) может убить бортовой компьютер.

 

Особенности эксплуатации АКБ в летний период

 

Не удивляйтесь, если однажды вам будет трудно или вообще не завести машину в жаркую погоду. Теплое время года — такое же испытание, как и холод. Тепло ускоряет химические процессы. Неисправности и дефекты электрической системы автомобиля или аккумулятора незамедлительно скажутся на состоянии батареи. Но, скорее всего, узнаете вы об этом в самый неподходящий момент. Например, ночью во время дождя, когда придется включить освещение, вентиляцию и стеклоочистители. Поэтому не расслабляйтесь. Лето — самый подходящий период для покупки нового аккумулятора.

 

Летом автомобилист не сразу заметит, что в аккумуляторе плотность электролита и его уровень в банках недостаточные. Но чем выше температура окружающей среды, тем активнее электрохимические процессы. В результате электролиза кислород вступает во взаимодействие с пластинами, а ставший свободным водород испаряется. Таким образом из электролита исчезает вода. Как только уровень раствора оказывается ниже уровня пластин, начинается сульфатация пластин (сульфат свинца растворяется в электролите, а затем оседает на поверхности пластин уже в виде крупных нерастворимых кристаллов и происходит изоляция пластин от электролита). Емкость батареи уменьшается. Электрохимические реакции останавливаются. Аккумулятор выходит из строя.

 

Имейте в виду, что во время длительного хранения аккумулятора происходит саморазряд (снижение ёмкости). Оставлять батарею в разряженном состоянии не рекомендуется: в этом случае вода испаряется и открываются пластины. А дальше все, как описано выше.

 

Саморазряд увеличивается от высокой температуры, грязи и электролита (воды) на крышке батареи. Еще одна причина возникновения паразитных токов — неодинаковая плотность электролита в разных банка

Принцип действия аккумулятора | Аккумуляторные батареи

Страница 3 из 26

1.4. Принцип действия аккумулятора

В настоящее время выпускаются следующие типы электрических аккумуляторов: свинцово-кислотные, щелочные железо-никелевые, кадмий-никелевые и серебряно-цинковые аккумуляторы.
Наиболее массовыми типами аккумуляторов являются свинцово-кислотные автомобильные батареи и тяговые щелочные железо-никелевые аккумуляторы. Серебряно-цинковые аккумуляторы находят ограниченное применение из-за дороговизны и дефицитности исходных материалов и сравнительно малого срока службы.
Кислотные аккумуляторы представляют собой сосуд, заполненный электролитом соответствующей плотности, т. е. раствором серной кислоты h3SO4 в дистиллированной воде, в который погружен блок пластин из чистого свинца РЬ и блок пластин из перекиси свинца РЬО2 (рис. 1.7). Вследствие постоянно происходящей диссоциации молекул кислоты в электролите заряженного аккумулятора имеются ионы водорода Н2 (катионы) и ионы кислотного остатка SO4 (анионы). Если пластины аккумулятора замкнуть на некоторое сопротивление, то через него потечет ток. Отрицательно заряженные ионы SO4 будут стремиться к пластинам из чистого свинца, заряженным положительно. Ионы водорода, имеющие положительный заряд, будут стремиться к отрицательным пластинам, содержащим двуокись свинца. Пластины из свинца принято называть отрицательными, а из двуокиси свинца –  положительными.
При разрядке кислотного аккумулятора происходят следующие химические реакции:
у отрицательной пластины
Pb + SO4 = PbS04;
у положительной пластины
РЬО2 + h3+h3SO4=PbSO4+2h3O.

Рис. 1.7. Устройство и принцип действия кислотного аккумулятора.
Из рассмотренных химических реакций видно, что при разрядке кислотных аккумуляторов на всех пластинах выделяется сернокислый свинец PbSO4 и уменьшается концентрация электролита (вследствие диссоциации кислоты и выделения воды).
Сернокислый свинец обладает двумя недостатками. Во-первых, при интенсивном образовании сернокислого свинца возможно коробление или выпучивание пластин, а также «высыпание» из пластин активной массы, так как объем сернокислого свинца больше объема исходных продуктов, из которых он образуется. Во-вторых, сернокислый свинец по истечении некоторого времени кристаллизуется в нерастворимое вещество. Часть пластины, которая оказалась покрытой кристаллизовавшимся сернокислым свинцом, не участвует в химических реакциях. Вследствие этого снижается полезная емкость аккумулятора. Такое явление носит название сульфатации кислотных аккумуляторов. Для того чтобы избежать явления сульфатации, кислотные аккумуляторы не следует хранить в незаряженном состоянии, нельзя допускать недозарядку аккумуляторов. При коротком замыкании в результате бурной химической реакции и интенсивного выделения сернокислого свинца происходит коробление пластин кислотного аккумулятора.
Зарядка аккумуляторов производится от внешнего источника электроэнергии, генератора постоянного тока или выпрямителя. При зарядке к отрицательным пластинам направляются ионы водорода, а к положительным — ионы кислотного остатка. В результате возникают следующие химические реакции:
у отрицательной пластины
PbS04 + h3 = Pb + h3S04;
у положительной пластины
PbS04 + 2 Н20 + S04 = Рb02 + 2 Н2 + 2 h3SO4.
Следовательно, при зарядке аккумуляторов происходит разложение сернокислого свинца на исходные продукты, а также восстановление концентрации электролита. Очевидно, что окончанием зарядки аккумуляторов можно считать такой момент, когда весь сернокислый свинец разложился и концентрация электролита восстановилась до нормальной. При дальнейшей зарядке потребляемая аккумулятором электрическая энергия будет расходоваться на разложение воды, имеющейся в электролите. Вода разлагается на водород и кислород. Кислород, как наиболее активный газ, производит окисление металлов, имеющихся в аккумуляторе. Водород выделяется в атмосферу. Поэтому на поверхности электролита появляются пузырьки, создающие впечатление «кипения» электролита. В смеси с воздухом водород образует взрывчатый гремучий газ, который должен быть немедленно удален из аккумуляторного помещения.
ЭДС не включенного на разрядку кислотного аккумулятора, принимается в среднем равной 2,1 В независимо от размеров аккумулятора.
Напряжение, создаваемое аккумулятором на зажимах, определяется уравнениями:
при разрядке
U = E-IPr;
при зарядке
U=E+Iзар r
где           Е – ЭДС аккумулятора;
Ip,Iзар – соответственно ток разрядки и зарядки аккумулятора;
r  – внутреннее сопротивление аккумулятора.
Кислотные аккумуляторы имеют небольшое внутреннее сопротивление, поэтому напряжение на зажимах аккумулятора незначительно снижается даже при больших токах нагрузки. В среднем сопротивление кислотного аккумулятора составляет 0,005 Ом и является величиной, зависящей от плотности электролита, а также от габаритов аккумуляторов (чем больше габариты, тем меньше сопротивление). С уменьшением плотности электролита, т. е. с увеличением степени разряда, ЭДС кислотных аккумуляторов уменьшается, а внутреннее сопротивление увеличивается. Вследствие этого напряжение аккумулятора в начале разрядки понижается незначительно, а к концу падает быстро.
В настоящее время применяются в основном две разновидности щелочных аккумуляторов: кадмиево-никелевые и железо-никелевые.
Электролитом их является раствор едкого калия КОН в дистиллированной воде (плотность электролита 1,19—1,21). В качестве активной массы положительных пластин служит гидрат окиси никеля Ni(OH)3, а активной массы отрицательных – губчатый кадмий Cd (рис. 1.8).

Рис. 1.8.  Устройство и  принцип действия  щелочного  кадмиево-никелевого   аккумулятора
При разрядке аккумулятора анионы щелочного остатка ОН стремятся к пластинам из чистого кадмия. Избыточные электроны кислотного остатка направляются во внешнюю цепь и к пластинам из гидрата окиси никеля, где они нейтрализуются катионами калия. Таким путем создается разрядный ток аккумулятора.
При разрядке щелочного аккумулятора происходят следующие химические реакции:
у отрицательной пластины
Cd + 20H = Cd(OH)2;
у положительной пластины
Ni (ОН)3 + К = Ni (OH)a + КОН.
Из данных реакций видно, что при разрядке щелочного аккумулятора кадмий переходит в гидроокись кадмия Cd(OH)2, а трехатомный гидрат окиси никеля Ni(OH)3 – в двухатомную гидроокись никеля Ni(ОН)2. Эти вещества не обладают отрицательными свойствами, поэтому щелочные аккумуляторы не требуют тщательного ухода в эксплуатации, могут быть длительно незаряженными, мало разрушаются при коротких замыканиях.
При зарядке щелочных аккумуляторов катионы калия движутся к отрицательным пластинам, а анионы щелочного остатка – к положительным. При зарядке происходят следующие химические реакции:
у отрицательной пластины
Cd(OH)2 + 2K = 2KOH+Cd;
у положительной пластины
Ni(OH)2 + OH = Ni(OH)3.
При разрядке, и при зарядке щелочных аккумуляторов плотность электролита остается постоянной, так как диссоциация едкого калия на ионы К и ОН компенсируется образованием КОН.
После переработки всех веществ, участвующих в химических реакциях, при зарядке щелочных аккумуляторов происходит разложение воды электролита и «кипение» аккумулятора.

Принцип работы акб автомобиля | Хитрости Жизни

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.

Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.

Что такое АКБ для автомобиля, предназначение

То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.

Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.

Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.

Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.

При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.

Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.

Из чего сделан и что внутри аккумулятора

Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.

Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.

С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.

Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.

Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.

Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:

• Корпуса;
• Крышки;
• Отрицательных электродов;
• Положительных электродов;
• Положительной клемы;
• Отрицательной клемы;
• Соединительных перемычек;
• Заливных пробок;
• Электролита

Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.

Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.

Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.

В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).

В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.

Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.

Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.

Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.

Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.

Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (h3SO4) и дистиллированной воды.

Принцип работы АКБ

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.

Особенности конструкции современных АКБ

Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.

Рассмотрим их по отдельности:

Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

• Гелевые электролиты

Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.

Параметры и характеристики аккумуляторной батареи

Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.

Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.

Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.

• СТ – обозначает что батарея стартерная.
• 55 – обозначает ёмкость батареи, которая составляет 55 Ампер*час.

Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:

• Тип ДВС;
• Объём двигателя вашей машины;

Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:

• Двигатели объёмом до 1,6 литра. Для них подходят АКБ 6СТ-45;
• Двигатели объёмом от 1,6 до 2,5 литров. Для них подходит 6СТ-55;
• Двигатели объёмом от 2,5 до 3 литров. Для них подходит 6СТ-60;
• Двигатели объёмом от 3 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-75;
• Двигатели объёмом более 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90.

Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:

• Двигатели объёмом до 1,5 литра. Для них подходит 6СТ-55;
• Двигатели объёмом от 1,5 до 2,0 литров. Для них подходит 6СТ-60;
• Двигатели объёмом от 2-х до 2,7 литров. Для них подходит 6СТ-75;
• Двигатели объёмом от 2,7 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90;
• Двигатели объёмом от 3,5 до 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-132;
• Двигатели объёмом более 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-192 и больше.

Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.

Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.

Аккумуляторы будущего

Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.

Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.

• Гелевые аккумуляторы

Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.

Гелевая АКБ

• Литий-ионные аккумуляторы

Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

• Во-первых, они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
• Во-вторых, для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, что требует переделки электронной части генераторов.
• Ну и самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта

• Графен-полимерные аккумуляторы

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Опытная графен-полимерная АКБ

Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.

В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.

АКБ окружают людей в их повседневной жизни буквально повсюду – в мелкой и крупной домашней технике, средствах связи, любимом автомобиле. Несмотря на это, многие не знают, каков принцип работы аккумулятора, и посему не умеют с ним обращаться. На самом деле есть один генеральный принцип, которому подчинена работа батарей всех видов. Это обратимые химические реакции, происходящие циклично. Во время разряда аккумуляторной батареи происходит превращение энергии химической в электрическую, что обеспечивает работу технического устройства, к которому подключен АКБ. Когда запас этой энергии будет исчерпан на определенный процент, производят зарядку аккумулятора. Во время нее также идут химические превращения, но уже с обратным эффектом. То есть поступление электрического тока вызывает накопление запасов химической энергии.

Отличают разные аккумуляторы между собой два аспекта – тип электролита и материал, из которого выполнены электроды. Основой для электролита выступают кислоты или щелочи, которые после разбавления водой или другими добавками приобретают вид готовой гомогенной смеси различной консистенции (жидкой либо гелевой). Вещество, выступающее электродом, способно изменять свойства готового изделия. Самыми распространенными являются литиевые, свинцовые и никель-кадмиевые батареи.

Об автомобильных аккумуляторах

Принцип работы стандартного автомобильного аккумулятора опирается на его конструкцию и не зависит от того, залит в него кислотный или щелочной электролит.

Внутри диэлектрического и нерастворимого серной кислотой корпуса из специального пластика помещаются шесть банок-батареек, последовательно прикрепленных друг к другу. В каждой из этих банок есть по несколько электродов с зарядами «плюс» и «минус», которые выглядят как отводящая ток решетка, смазанная специальной химически активной массой.

Чтобы решетки с разными знаками случайно не соприкоснулись и не закоротили, каждая из них погружена в разделитель из полиэтилена. Сами электроды сделаны обычно из свинца с разнообразными примесями.

Если быть точным, то таких свинцовых решеток бывает три вида:

• Малосурьмянистые . И аноды, и катоды сделаны из сплава свинец+сурьма и требуют мало обслуживающих процедур.
• Кальциевые . Здесь примесь, соответственно, кальций. Такие электроды вообще не нужно обслуживать.
• Гибридные . Один электрод, с минусом, делается из кальциевого сплава, а положительный содержит сурьму.

Можно с уверенностью утверждать, что свинцово-кислотный — самый востребованный и распространенный вид аккумулятора для авто. Принцип работы свинцового аккумулятора основывается на активном взаимодействии серной кислоты с диоксидом свинца.

Когда батарея эксплуатируется, то есть нужна электрическая энергия, на катоде свинец окисляется, а его диоксид на аноде, напротив, участвует в восстановительной реакции. При зарядке, как нетрудно догадаться, взаимодействия идут в обратную сторону.

Это все происходит за счет кислоты в электролите, часть ее распадается, соответственно, концентрация падает. Именно этим обусловлена необходимость периодически обновлять жидкость в батарее.

С гелевыми аккумуляторами такого не случается. Состояние электролита в них не позволяет ему испаряться, если, конечно, не перегреть АКБ во время подзарядки. Как правильно заряжать гелевые аккумуляторы, читайте здесь →

Именно благодаря отсутствию необходимости периодически восполнять запасы активного вещества батареи с желеобразным электролитом относят к категории необслуживаемых. Еще одно их преимущество в том, что гель не отсоединяется от электрических контактов, а значит, невозможны внезапные сбои и замыкания.

Как устроен литий-ионный аккумулятор?

Его конструкция не отличается сложностью: анод из пористого углерода, литиевый катод, пластина-сепаратор между ними и проводник тока – вещество-электролит. Во время разрядки ионы отделяются от анода и движутся на литий по электролиту, минуя сепаратор. Во время питания батареи все происходит с точностью до наоборот – литий отдает ионы, углерод принимает. Так и происходит процесс ионного круговорота между разнозарядными электродами литий-ионной батареи.

Точный состав катода может отличаться в конкретной модели или у определенного производителя АКБ. Дело в том, что многие фирмы тестируют разнообразные типы литиевых соединений для того чтобы изменять показатели устройств по своему усмотрению.

Впрочем, очевидно – улучшая одни характеристики, неизбежно приходится жертвовать другими. Чаще всего литий-ионные АКБ с повышенной емкостью, заботой об эксплуатирующих его людях и природной среде оказываются чрезмерно дорогостоящими или требуют слишком много внимания.

Но чего не отнять у батарей с литием, что составляет их принципиальную разницу с другими типами аккумуляторов, так это низкий уровень саморазряда.

Li-Pol аккумуляторные батареи

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

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

Щелочные батареи

Методика функционирования щелочного аккумулятора основывается на химических превращениях в щелочной среде. Именно поэтому для электродов таких АКБ применяют соединения металлов, которые активно взаимодействуют именно со щелочами.

Гидроокись никеля на электроде с положительным зарядом превращается в гидрат его закиси из-за череды реакций со свободными ионами в электролите. На катоде в это же время идут похожие взаимодействия, но только с образованием гидрата окиси железа. Между только что создавшимися веществами образуется разница в потенциалах, за счет которой и выделяется электроэнергия. В процессе подзарядки реакции те же самые, только в обратном порядке, вещества восстанавливаются до исходных.

Ni-Cd аккумулятор

Батареи никель-кадмиевого типа обычно применяют для некрупной техники, например, для шуруповерта. Принцип их устройства и работы схож с автомобильным АКБ, только в гораздо меньших масштабах – те же последовательно соединенные несколько маленьких батареек, совместно вырабатывающих нужные электрические показатели, а внутри них – уже знакомые аноды, катоды, пластины сепараторов и жидкий электролит.

Специфические характеристики, присущие только этому типу аккумуляторов, обеспечивают именно химические свойства никеля и кадмия. Они же накладывают и обязательство быть осторожным, особенно при утилизации. Это вызвано тем, что кадмий – довольно токсичный элемент.

При аккуратной же эксплуатации шуруповертов с такими АКБ приборы гарантированно будут работать долгое время на высокой мощности, в любых погодных и температурных условиях. К тому же их можно очень быстро заряжать.

Ni-MH аккумулятор

По своему устройству и механизму работы никель-металл-гидридные батареи очень похожи на кадмиевые и были изобретены практически сразу после них. Основное отличие состоит в материале, из которого изготовлен отрицательный электрод.

В аккумуляторах типа Ni-MH он состоит из особого справа металлов, которые абсорбируют водород. Часть из них реагируют с ионами электролита с выделением тепловой энергии, другая часть – с ее поглощением, в результате чего возможно безопасное и экологически безвредное использование такого устройства.

Как работает зарядное устройство для АКБ?

ЗУ для аккумулятора обычно состоит из выпрямителя и трансформатора и создает ток с постоянным напряжением около 14 вольт. Также хорошие приборы содержат элементы, которые следят за напряжением на питаемом аккумуляторе и в нужный момент выключают зарядку.

По ходу процесса работы зарядного устройства для автомобильного аккумулятора или для любого другого подаваемый им ток сам собой падает. Вызвано это тем, что в заряжающемся АКБ увеличивается сопротивление, и он больше не пропускает ток с большим напряжением. Если в зарядке есть измеритель, то он фиксирует тот момент, когда в батарее достигнуто напряжение в 12В, после чего ее можно отключать от сети.

АКБ – вещь не такая сложная, как может показаться. Ее устройство легко понять, к тому же, принцип работы одинаков для разных видов. Знать его владельцу аккумулятора хоть в машине, хоть в настенных часах, очень полезно – это поможет поступать правильно на всех этапах – выбора, обслуживания и утилизации батарейки.

Назначение аккумуляторной батареи

Аккумуляторная батарея обеспечивает электрическим током все потребители, пока двигатель не работает или работает на очень малых оборотах, также является резервным источником питания в случае выхода из строя генератора.

Внимание
В случае выхода из строя генератора не стоит затягивать с его ремонтом, необходимо сразу решать возникшую проблему. Длительное использование исключительно АКБ может вывести ее из строя, причем в самый неподходящий момент.

Одним из основных функциональных назначений АКБ является пуск двигателя с помощью стартера.

Устройство аккумуляторной батареи

В аккумуляторной батарее происходит преобразование химической энергии в электрическую. Химия в том, что взяли и поместили в раствор серной кислоты две пластины, состоящие из свинца, и на пластинах сделали выводы (рисунок 10.1). Подсоединили к выводам два провода от генератора, начали вращать его, чтобы тот выделял электрический ток и зарядили АКБ (пока аккумулятор заряжается, он является потребителем тока). В данном случае электрическая энергия преобразовалась в химическую – аккумулятор зарядился. Отсоединили от выводов генератор и подсоединили, например, лампочку, и она загорелась! Потому что начался процесс преобразования химической энергии в электрическую. Прелесть данной конструкции в том, что процессы зарядки и разрядки можно производить многократно. И если соблюдать основные, довольно несложные, правила эксплуатации АКБ, она может прослужить долгое время.

Простейший аккумулятор состоит из двух пластин, помещенных в корпус (его еще называют банкой), этот корпус заполнен раствором серной кислоты (который называется электролитом) и закрыт сверху крышкой. В крышке имеются отверстия, через которые выведены по два вывода от каждой из пластин (положительный и отрицательный).

Рисунок 10.1 Принцип работы аккумуляторной батареи.

Любая АКБ состоит из нескольких (чаще шести) простейших батарей, описанных выше. Почему именно шести? Бортовая сеть автомобиля рассчитана на 12 вольт, а значит и аккумуляторная батарея должна выдавать столько же. Ввиду своих габаритных размеров одна банка (две пластины) обеспечивает напряжение приблизительно в 2 вольта. Для получения 12 вольт положительные и отрицательные пластины соединяют последовательно и делают два общих вывода – положительный и отрицательный (смотрите рисунок 10.2).

Примечание
Аккумуляторная батарея должна иметь такие габаритные размеры, чтобы оптимально вписаться в ограниченное пространство моторного отсека автомобиля.

Рисунок 10.2 Устройство аккумуляторной батареи.

На многих современных автомобилях для предотвращения кражи головного модуля аудиосистемы существует своеобразная защита, которая блокирует аудиомагнитолу после отключения отрицательной клеммы от аккумуляторной батареи. Чтобы магнитола заработала, в нее необходимо ввести определенный код – ключ. Если вы приобретаете новый автомобиль, данный код вам вручат в салоне, если покупаете машину с рук, необходимо уточнить у владельца наличие такого кода.

Примечание
Стоит помнить, что в некоторых современных автомобилях после отключения АКБ и повторного подключения бортовой компьютер может вывести сообщение об ошибке, которое можно сбросить с помощью специализированного оборудования на СТО.

Типы АКБ

По принципу необходимости обслуживания аккумуляторные батареи разделяют на: обслуживаемые и необслуживаемые. Одним из подтипов обслуживаемых стали малообслуживаемые АКБ. На данный момент применение обслуживаемых АКБ сведено к минимуму. Названия типов аккумуляторных батарей говорят сами за себя.

Основа свинцово-кислотных АКБ, о которых идет речь в данной главе, — жидкий электролит. Однако технологии производства батарей шагнули далеко вперед и сейчас довольно часто можно встретить АКБ, выполненные на базе технологии AGM, в которой сам электролит абсорбирован в стеклянных волокнах. Также не стоит забывать и о набирающих популярность гелевых АКБ (GEL), в них электролит загущен с помощью силикагеля до гелеобразного состояния.

Из-за большого многообразия типов АКБ возникло много споров относительно эффективности и стойкости каждого из них. Если по существу, то нет одного, идеального для всех эксплуатационных условий аккумулятора. Ибо, выигрывая в чем-то одном, любой тип АКБ обязательно существенно проигрывает в чем-нибудь другом. Так, например, столь популярные необслуживаемые «кальциевые» аккумуляторы имеют очень низкие показатели саморазряда и не требуют к себе какого-либо внимания, однако они очень сильно «боятся» глубоких разрядов (как пример, при многократных коротких поездках в зимний период). С такими разрядами АКБ такого типа придет в непригодность за очень короткий период эксплуатации. А вот малообслуживаемые АКБ глубоких разрядов не боятся, но взамен требуют регулярной доливки дистиллированной воды (в среднем, раз в полгода).

Примечание
Во время зарядки АКБ происходит закипание электролита, но закипание не в бытовом понимании этого слова, просто происходит расщепление воды на кислород и водород (появляются пузырьки). Составная часть электролита – вода – выкипает, а плотность электролита, соответственно, растет. Чтобы привести плотность электролита в норму, доливают дистиллированную воду.

Внимание
Одной из существенных опасностей при плановой зарядке АКБ является выделение водорода из электролита. И вроде мало, но и взорваться может. Поэтому при обслуживании и эксплуатации АКБ необходимо соблюдать все меры предосторожности.

Основные характеристики АКБ

Полярность указывает на расположение отрицательного и положительного выводов батареи. Полярность бывает прямой и обратной.

Примечание
Чтобы узнать, какая полярность на вашей АКБ, установите ее к себе той стороной, ближе к которой смещены выводы. Посмотрите, какой из выводов обозначен знаком «+», а какой — знаком «-». Если «+» находится слева, значит полярность прямая, если справа – обратная.

Номинальная емкость (обозначается С20) — количество электричества (в А·ч), которое способна отдать АКБ при 20-часовом режиме разряда током, численно равным 0,05 номинальной емкости до напряжения на выводах 10,5 В при температуре электролита 25 °С.

Внимание
Следует всегда помнить о том, что на автомобиль следует устанавливать АКБ той емкости, которая указана заводом-изготовителем транспортного средства. В принципе, ничего страшного не случится, и первое время будет радовать резвый пуск двигателя, но не стоит забывать о том, что возможности генератора не безграничны, а условия эксплуатации автомобиля могут быть очень суровы. Как следствие, батарея большей емкости будет постоянно недополучать энергию для восстановления — не будет заряжаться на 100%, что в скором времени приведет к выходу ее из строя.

Резервная емкость (обозначается Cр) – время разряда в минутах полностью заряженной батареи током 25 А до напряжения 10,5 В при температуре электролита 25 °С.

Примечание
Резервная емкость в 1,63 раза больше номинальной в числовом выражении (так, для АКБ емкостью 55 А·ч она составляет приблизительно 90 минут). Это время, в течение которого полностью заряженная батарея может обеспечивать электроэнергией минимальное количество потребителей, необходимых для безопасного движения автомобиля в случае отказа генератора.

Ток холодной прокрутки (Iх.п.) – по ГОСТу (ДСТУ) 959-2002 – это ток разряда, который способна отдать батарея при температуре электролита минус 18 °С в течение 10 секунд при напряжении не менее 7,5 В. Чем выше данный параметр, тем лучше двигатель будет пускаться зимой, однако по причине увеличения нагрузки на стартер может снизиться его ресурс.

Примечание
Величина тока холодной прокрутки зависит от методики ее измерения. Примерное соответствие значений тока холодной прокрутки, определенного по разным стандартам, приведено в таблице ниже.

DIN 43559, ГОСТ 959-91	170	200	225	255	280	310	335	365	395	420
EN 60095-1, ГОСТ 959-2002 (Россия)	280	330	360	420	480	520	540	600	640	680
SAE J537	300	350	400	450	500	550	600	650	700	750

Одним из основных показателей, характеризующих рабочее состояние АКБ, является плотность электролита. Она должна быть всегда в определенном диапазоне. Если АКБ малообслуживаемая, то летом плотность немного понижают, а вот зимой, чтобы исключить вероятность замерзания электролита, повышают.

Примечание
Плотность электролита измеряется специальным прибором – ареометром.

При покупке АКБ

Допустим, вы решили заменить источник питания. Придя, например, в магазин автозапчастей, определились с моделью. Теперь внимательнее. Спросите сначала АКБ сухозаряженный (без электролита) или залитый электролитом и заряженный. В первом случае срок хранения на складе не должен превышать трех лет, во втором – полугода.

Посмотрите на дату изготовления АКБ и если с даты производства прошло более одного года, выполните, по возможности, следующие проверки:

• осмотрите корпус на наличие повреждений;

Для залитых и заряженных

• уровень электролита должен находиться между метками «min» и «max» (корпус из полупрозрачного пластика) или быть выше примерно на 15 – 20 мм от верхнего торца пластин;
• плотность электролита должна составлять 1,25–1,26 г/см3 при 25±5 °С;

Маркировка АКБ

Рисунок 10.3 Маркировка АКБ по отечественному стандарту.

Рисунок 10.4 Маркировка АКБ по европейскому стандарту EN 60095-1.

Рисунок 10.5 Маркировка АКБ по американскому стандарту SAE J537.

• цвет индикатора заряженности (если такой есть в наличии) должен быть зеленым;
• напряжение на выводах без нагрузки должно быть не менее 12,6 В.

Внимание
Так или иначе, но в наличии должна быть инструкция по эксплуатации на русском или украинском языке и гарантийный талон с указанными условиями гарантии.

Не стесняйтесь требовать от продавца выполнения описанных выше проверок, ведь автомобильная АКБ это не батарейка в плеер, и приобретается не на один месяц, причем от качества АКБ зависит работа всех электрических систем автомобиля.

Принцип работы аккумуляторной батареи.

В этой диссертации два электродных материала для нового поколения постлитий-ионных аккумуляторов были исследованы с помощью операндной рентгеновской абсорбционной ближней структуры (XANES), зондирующей элемент, в частности, электронные, химические и геометрические изменения, происходящие в материалы электродов при циклической работе батареи. Оперативные измерения были дополнены экспериментами по жесткой рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии ex situ (HAXPES), дифракции рентгеновских лучей (XRD) и XANES на разобранных образцах электродов, предварительно (разряженных) заряженных до соответствующих уровней потенциала.В первой части этой работы анод для натрий-ионных аккумуляторов (SIB) на основе наночастиц анатаза TiO2 был проанализирован на краю XANES Ti K с использованием специальной конструкции плоского элемента, которая позволила батарее циклически работать в сверхвысоком вакууме ( UHV) аналитическая камера. Непрерывный мониторинг изменений, наблюдаемых в экспериментах XANES во время процесса (разряда) заряда батареи, выявил количество обратимого и необратимо введенного натрия в структуру электрода и выявил структурные изменения, происходящие на электроде из анатаза TiO2.Было обнаружено, что во время первого цикла кристаллическая структура анатаза исчезает и что 5-7% его кислорода теряется, что приводит к аморфной структуре, в которой атомы Ti окружены только 5-6 соседними атомами кислорода вместо 6 атомов. в оригинальной структуре анатаза. Хотя в целом они выявляли одни и те же спектральные тенденции и реакции при (разряде) разряда, эксперименты ex situ показали гораздо меньшую степень окисления (более 50%), чем результаты операции, намекая на потерю натрия и окисление электрода во время пробоподготовка электродов.Тем не менее, измерения ex situ HAXPES могут выявить важные свойства границы раздела между электродом и электролитом, то есть образование межфазного слоя твердого электролита (SEI) во время первого разряда. Этот стабильный слой толщиной около 13 нм состоит в основном из алкоксидов натрия, (алкил) карбонатов натрия, гидроксида натрия, полиэтиленоксида (ПЭО), формата натрия и оксалата натрия, связанных с разложением электролита. Могли наблюдаться дополнительные следы хлорида натрия, образованного из соли перхлората натрия и фторида натрия, связанные с разложением связующего поливинилидендифторида (ПВДФ).Кроме того, на поверхности электрода под упомянутыми частицами SEI был обнаружен слой полиолефина, а также слой накопления в поверхностной области, связанный с легированием натрием. Стабильное образование SEI может быть связано с увеличением кулоновской эффективности анода, наблюдаемым после первого цикла, в то время как (частичное) разрушение связующего может быть критическим с точки зрения снижения емкости. Во второй части этой работы катод для литий-серных батарей (LSB) на основе полипиррольных нанопроволок, покрытых MoS3, был исследован с использованием операндной и рентгеновской спектроскопии ex situ.Опять же, операндные измерения имели решающее значение для исследования локальной структуры аморфного MoS3 и его границы раздела с органическим электролитом, а также для механизма катодной реакции с литием при (разряде) заряда. Фактически, было обнаружено, что при контакте с электролитом локальная структура Mo + 4 (S2-2) S-2 изменяется в сторону структуры Mo + 6S-2 3 с разорванными дисульфидными связями и Mo в тетраэдрической молекулярной геометрии, окруженной четырьмя атомами серы. Что еще более важно, было показано, что во время катодной реакции полисульфиды лития не образуются.Наблюдаемая катодная реакция основана на внедрении четырех атомов Li, которые изменяют гибридизацию между орбиталями Mo 4d и S 3p, разрывая дисульфидные связи в объемной структуре MoS3. Поскольку степень окисления Mo не изменилась во время (разряда) зарядки аккумулятора, предполагается, что окислительно-восстановительная реакция, в основном, вызвана анионами. Отсутствие полисульфидов лития является отличным результатом для катода для LSB, поскольку их растворимость в электролите приводит к так называемому «эффекту челнока», который является причиной потери большой емкости во время работы от батареи.Это открытие было обнаружено во время работы элемента, исследуя значение оперативных измерений для устранения неопределенностей, связанных с подготовкой образца, таких как возможное удаление полисульфидов лития во время стадии промывки электродов или разложение полисульфидов лития за пределами аккумуляторной среды. Кроме того, операндо-спектроскопия позволяет непрерывно контролировать химические реакции, происходящие на электродах, что приводит к исключению полисульфидов лития на каждом этапе процесса зарядки.В отличие от измерений ex situ, выполняемых после работы от батареи и разборки, оперативные измерения могут напрямую контролировать влияние электрохимических реакций без изменения среды образца. Это очень полезно для надежности эксперимента, как показали результаты этой диссертации, которые дают новое представление о поведении электродных материалов при натяжении / литировании и появлении структурных изменений в процессе эксплуатации. Подчеркивая важность оперативных экспериментов для исследования электродов, используемых в постлитий-ионных батареях, результаты этой работы открывают путь к новой, основанной на знаниях разработке материалов для батарей.

Тепловая батарея — обзор

Введение

За последние несколько десятилетий было предложено множество батарей на основе первичного магниевого анода, в то время как лишь немногие из них были успешно разработаны, произведены и проданы. Привлекательные свойства магния были признаны еще на заре электрохимии. Магний нетоксичен, обладает высокой теоретической удельной (зарядовой) емкостью, очень низким окислительно-восстановительным потенциалом, легок и много.

Практические первичные магниевые батареи можно разделить на категории в соответствии с электролитической средой (водной или неводной), типом катода (твердый или жидкий) и общей формой батареи («обычные», резервные, активируемые водой и т. Д.).

Несмотря на привлекательные свойства магния в качестве анода в батареях, из-за различных химических и технических препятствий, магниевые батареи находят применение лишь в нескольких специализированных нишах, в основном в военной области.

Двумя основными трудностями при использовании магния для аккумуляторных батарей являются его высокий восстановительный потенциал и природа пассивных пленок, образующихся на магнии во многих электролитических растворах. Поскольку окислительно-восстановительный потенциал магния намного ниже выделения водорода, металл спонтанно и энергично реагирует с водой, что приводит к выделению газообразного водорода и полному растворению.Таким образом, для батарей на водной основе единственное решение этой проблемы — либо включение сильных окислителей в раствор для образования пассивирующего слоя, либо отделение анода от электролита до тех пор, пока батарея не понадобится, как в случае с резервными элементами. Для неводных аккумуляторов, а именно аккумуляторов на основе органических растворителей, одной из самых больших проблем является эффективная и прочная пассивирующая пленка, которой покрывается магний либо в виде слоя естественного оксида, либо из-за восстановления компонентов раствора (растворитель, следы кислорода, вода и т. д.). В отличие от лития, в большинстве случаев пассивирующие слои на магниевых электродах являются как электронными, так и ионными изоляторами. Таким образом, если не разработано специальное средство защиты, магниевые аноды становятся электрохимически неактивными из-за этой пассивации.

Среди современных практичных первичных магниевых батарей важно упомянуть водоактивную магниевую батарею, батарею с магнием и органическим электролитом, тепловую батарею на основе оксида магния и ванадия и систему магний-воздух.

Первичные батареи из диоксида магния и марганца

Батарея из диоксида магния и марганца без резерва является аналогом обычного элемента цинк-MnO ₂ , с тем преимуществом, что имеет примерно вдвое большую плотность энергии. В этой батарее в качестве анода и композитного катода используется магниевый сплав из диоксида магния (MnO ₂ ), смешанного с углеродной сажей в качестве проводящей добавки. Важным различием между двумя ячейками является использование специальных слабощелочных электролитов (pH ∼8.5, поддерживаемый добавлением гидроксида магния (Mg (OH) ₂ ) в качестве буфера), а именно перхлората магния с добавлением сильного окислителя, такого как хромат бария или лития, который создает стабильный пассивирующий слой на аноде. . Этот пассивирующий слой имеет решающее значение для срока службы батареи, поскольку магний самопроизвольно вступает в реакцию с водой.

Схема реакции разряда аналогична схеме в ячейке Mg – MnO ₂ резервного типа:

Mg + 2MnO2 + h3O → Mn2O3 + MgOh3

Напряжение холостого хода (OCV) для этой ячейки равно 1 .9–2,0 В, что на ∼1,1 В ниже теоретического значения. Функционирование элемента зависит от разрушения пассивации на анодной стороне в начале разряда батареи. Этот защитный слой никогда не восстанавливается полностью после частичной разрядки, и, таким образом, срок годности аккумулятора значительно снижается после активации.

Первичная батарея Mg – MnO ₂ изготавливается различных размеров, в основном для использования в военных целях. За исключением улучшенной плотности энергии по сравнению с элементами на основе цинка, магниевый элемент демонстрирует более пологую кривую разряда и более низкие рабочие температуры, которые имеют решающее значение для некоторых военных приложений.

Серьезным недостатком этой батареи является задержка напряжения. Задержка напряжения — это падение рабочего напряжения аккумулятора сразу после активации. Это явление отражает время, необходимое для электролитического пробоя пассивированного магниевого анода.

Предложены интересные модификации магниево-диоксидной батареи, в которых активный катодный материал состоит из окисляющих органических соединений. Например, мета -динитробензол ( m -DNB) предлагается в качестве катодного материала с высокой удельной емкостью, обладающего емкостью 2 Ah gr ^-1 для восстановления m -DNB до n -фенилендиамина.Ячейки с м -DNB показали, что они разряжаются с довольно плоской кривой напряжения, но имеют более низкое рабочее напряжение 1,1–1,2 В на элемент. На практике эти элементы показали лишь немного большую емкость по сравнению с традиционным катодом из диоксида марганца и показали худшие характеристики при низких температурах.

Магниевые резервные батареи

Водоактивируемые магниевые батареи

Это семейство первичных, резервных батарей, содержащих аноды из магния или магниевого сплава, различные катоды и сухие соли (Таблица 1).Эти батареи активируются один раз для непрерывного использования путем введения воды: чистой воды, морской воды или воды с соответствующей солью электролита и, в недавнем уникальном случае, даже мочи. Водоактивируемые магниевые батареи были разработаны для удовлетворения потребности в высокоэнергетических батареях с увеличенным сроком хранения. Батареи имеют сухую конструкцию, что устраняет главную проблему коррозии анода. Это сказывается на батареях с очень долгим сроком хранения.

Таблица 1. Характеристики нескольких водоактивированных магниевых батарей

Положительный электрод (катод)	Хлорид серебра	Хлорид свинца	Йодид меди	Тиоцианат меди	Хлорид меди
Отрицательный электрод (анод)	Магний
Электролит	Проводящие водные растворы
Напряжение холостого хода (В)	1.6–1,7	1,1–1,2	1,5–1,6	1,5–1,6	1,5–1,6
Номинальное напряжение при 5 мА см –2 (В)	1,4–1,5	0,9–1,06	1,3–1,5	1,25–1,4	1,2–1,4
Внутреннее сопротивление (Ом)	0,1–2	1–4	1–4	1–4	2
Теоретическая удельная емкость катода (Ач гр −1 )	0.187	0,193	0,141	0,22	0,271
Полезная емкость от теоретической (%)	60–75	60–75	60–75	60–75	60–75
Удельная энергия Втч кг −1	100–150	50–80	50–80	50–80	50–80
Плотность энергии L −1	180 –300	50–120	50–120	50–120	20–200
Рабочая температура (° C)	Между –60 и +65

Катоды

Для этого семейства батарей были предложены различные катоды.Выбор химического состава катода в этом случае очень гибкий. Среди многочисленных протестированных катодных материалов наиболее важными являются CuCl, AgCl ₂ , PbCl ₂ , Cu ₂ I ₂ , CuSCN и MnO ₂ . Во всех случаях анодная химическая реакция представляет собой окисление магния в воде с образованием иона магния.

Mg → Mg2 ++ 2e−

Реакция разряда магниевого анода в основном дает гидроксид магния по схеме:

Mg + 2OH− → MgOh3 + 2e−

Катодная реакция для всех материалов катода (что фактически простые соли), за исключением оксидов, представляет собой полное восстановление иона переходного металла до металлического состояния:

AgCl + e− → Ag + Cl−

PbCl2 + 2e− → Pb + 2Cl−

CuCl + e− → Cu + Cl−

В случае оксида марганца катодная реакция:

2MnO2 + h3O + 2e− → Mn2O3 + 2OH−

Два усовершенствованных катода, которые были разработаны и введены в практическое использование, состоят из соль переходного металла, смешанная с серой.Соответствующие схемы электрохимических реакций:

Cu2I2 / S + e− → 2Cu + 2I−

2CuSCN / S + 2e− → 2Cu + 2SCN−

Эти серосодержащие катоды демонстрируют потенциалы, которые выше, чем у ячеек с медной солью. Только. Предполагается, что во время разрядной реакции электрогенерированная медь реагирует с серой.

Все батареи этого семейства страдают различными недостатками, наиболее важным из которых является паразитная реакция коррозии, при которой магниевый анод непосредственно реагирует с водой, выделяя газообразный водород, гидроксид магния и тепло.Кроме того, ни один из этих аккумуляторов не может храниться для дальнейшего использования после частичного разряда из-за реакции коррозии.

Водоактивированные магниевые батареи имеют только очень специализированное применение, главным образом в военной, морской и авиационной областях. Некоторые из важных применений этих батарей — источники питания для гидроакустических буев, электрических торпед, метеорологических аэростатов, аварийно-спасательного оборудования в воздухе и на море, пиротехнических устройств, морских маркеров и аварийных огней.

Недавний патент и статьи описывают новую уникальную магниевую батарею, активируемую жидкостью.Эта батарея в основном представляет собой такую ​​же водно-активируемую батарею из хлорида магния и меди, но в новой конструкции она активируется мочой, и она сделана из тонких листов активных материалов, чтобы получить элемент толщиной с бумагу. Батарея с низким энергопотреблением и низкой плотностью энергии предназначена для домашнего использования в одноразовых медицинских устройствах, таких как тесты здоровья и анализ крови на сахар при диабете.

Магниевые тепловые батареи

Эта статья не будет полной без упоминания тепловой резервной батареи Mg / V ₂ O ₅ .Эта батарея, как следует из названия, состоит из магниевого анода, катода из оксида ванадия и смеси твердого хлорида лития и хлорида калия в качестве резервного электролита. Батарея активируется пиротехническим устройством, которое запускает и расплавляет солевую смесь. Температура плавления этой смеси составляет около 355 ° C.

Очевидно, что, как и все тепловые батареи, тепловая батарея Mg / V ₂ O ₅ является очень специализированной и предназначена только для использования в военных целях и в космосе.Эти батареи дороги, опасны и недолговечны. Основными преимуществами этих батарей являются их высокая удельная мощность, надежность и длительный срок хранения. Эти батареи, благодаря сложному механизму, специальному контейнеру и пиротехническому устройству внутри, обладают удельной плотностью энергии от низкой до умеренной.

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Администрация — Военнослужащих. Навыки, процедуры, обязанности и т. Д.

Продвижение — Военное продвижение по службе книги и др.

Аэрограф / Метеорология — Метеорология основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
Руководство по аэрографии и метеорологии ВМФ

Автомобили / Механика — Руководства по техническому обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным запчастям, руководства по запчастям дизельных двигателей, руководства по запчастям для бензиновых двигателей и т. Д.
Автомобильные аксессуары | Перевозчик, Персонал | Дизельные генераторы | Механика двигателя | Фильтры | Пожарные машины и оборудование | Топливные насосы и хранилище | Газотурбинные генераторы | Генераторы | Обогреватели | HMMWV (Хаммер / Хаммер) | и т.п…

Авиация — Принципы полета, авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, руководства по авиационным деталям, руководства по деталям самолетов и т. д.
Руководства по авиации ВМФ | Авиационные аксессуары | Общее техническое обслуживание авиации | Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache | Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH | Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook | и т.д …

Боевые — Служебная винтовка, пистолет меткая стрельба, боевые маневры, органическое вспомогательное оружие и т. д.
Химико-биологические, маски и оборудование | Одежда и индивидуальное снаряжение | Инженерная машина | и т.д …

Строительство — Техническое администрирование, планирование, оценка, календарное планирование, планирование проекта, бетон, кладка, тяжелые строительство и др.
Руководства по строительству военно-морского флота | Агрегат | Асфальт | Битуминозный распределитель кузова | Мосты | Ведро, раскладушка | Бульдозеры | Компрессоры | Обработчик контейнеров | Дробилка | Самосвалы | Земляные двигатели | Экскаваторы | и т.п…

Дайвинг — Руководства по дайвингу и утилизации разного оборудования.

Чертежник — Основы, приемы, составление проекций, эскизов и др.

Электроника — Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. Д.
Кондиционер | Усилители | Антенны и мачты | Аудио | Аккумуляторы | Компьютерное оборудование | Электротехника (NEETS) (самая популярная) | Техник по электронике | Электрооборудование | Электронное общее испытательное оборудование | Электронные счетчики | и т.п…

Инженерное дело — Основы и приемы черчения, черчение проекций и эскизов, деревянное и легкое каркасное строительство и др.
Военно-морское дело | Программа исследования прибрежных заливных отверстий в армии | так далее…

Еда и кулинария — Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.

Логистика — Логистические данные для миллионов различных деталей.

Математика — Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.

Книги медицинские — Анатомия, физиология, пациент уход, оборудование для оказания первой помощи, аптека, токсикология и др.
Медицинские руководства военно-морского флота | Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний

MIL-SPEC — Правительственные MIL-Specs и другие сопутствующие материалы

Музыка — мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, ритм биения, пр.

Ядерные основы — Теории ядерной энергии, химия, физика и др.
Справочники DOE

Фотография и журналистика — Теория света, оптические принципы, светочувствительные материалы, фотографические фильтры, копия редактирование, написание статей и т. д.
Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота | Армейская фотография Полиграфия и пособия по журналистике

Религия — Основные религии мира, функции поддержки поклонения, венчания в часовне и т. д.

Введение в проточные батареи: теория и применение

Введение в проточные батареи: теория и применение

Бхаскар Гарг

22 марта 2012 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2011 г.

Мотивация

При быстром увеличении производства прерывистой источники энергии, такие как ветер и солнце, возрастает потребность в крупномасштабные системы хранения электроэнергии для более эффективного согласования спрос и предложение на эти возобновляемые источники.Также крупномасштабная энергетика хранение может увеличить годовой коэффициент загрузки (определяемый как среднегодовое мощность, деленная на максимальную среднюю мощность за три дня) по выравниванию нагрузки. [1] Традиционно гидроаккумулятор использовался для выравнивания нагрузки на крупных предприятиях. масштабных растений, но это географически ограничено небольшим подмножеством локации.

Аккумуляторы потока

особенно привлекательны для этих приложения для выравнивания и стабилизации для электроэнергетических компаний. В кроме того, они также полезны для потребителей электроэнергии, таких как фабрики и офисные здания, требующие повышенной мощности, бесперебойное питание или резервное питание.В этом документе будут изложены основные концепция проточной батареи и обсудить ток и потенциал приложения с акцентом на химию ванадия.

Введение

Проточная батарея — это полностью перезаряжаемый электрический устройство накопления энергии, в котором жидкости, содержащие активные материалы прокачивается через ячейку, способствуя восстановлению / окислению с обеих сторон ионообменная мембрана, в результате чего возникает электрический потенциал. В аккумулятор без насыпной подачи электролита, электроактивный материал хранится внутри электродов.Однако для потока В батареях энергетическая составляющая растворяется в самом электролите. Электролит хранится во внешних резервуарах, обычно в одном соответствующем резервуаре. к отрицательному электроду и один к положительному электроду. В мы будем использовать условное обозначение, что отрицательный электрод является анодом, а положительный электрод является катодом при разряде.

Химический процесс можно обобщить на следующие половинные реакции при разряде: [2]

Анодное отделение:	Ан +1 — Е — → Ан
Катодное отделение:	Cn +1 + e — → Cn

Условие нейтральности заряда для каждого полуячейка поддерживается селективной ионообменной мембраной, разделяющей анодный и катодный отсеки.Ключевой фактор дифференциации проточные батареи состоит в том, что силовые и энергетические компоненты разделены и можно масштабировать самостоятельно. Емкость зависит от количества электролита и концентрации активных ионов, тогда как мощность в первую очередь это функция площади электродов внутри ячейки. Похожий на литий-ионные элементы, проточные аккумуляторные элементы могут быть уложены последовательно, чтобы соответствовать требования к напряжению. Однако резервуары с электролитом остаются внешними по отношению к система.

Характеристики и оптимизация

КПД

Чтобы оптимизировать эффективность ячейки, мы можем рассмотрите несколько связанных эффективностей, а именно КПД по напряжению, заряд КПД, энергоэффективность и энергоэффективность: [2]

η В =

В разряд В заряд

η C =

Q разряд Q заряд

η P =

IV разряд IV заряд

η E =

E разряд E заряд

Эффективность сильно зависит от химического состава, состояние заряда и условия процесса, но типичные диапазоны КПД по напряжению 62-73%, кулоновский КПД (заряд) 80-98% и 66-75% энергоэффективности.[2]

Мощность / плотность энергии

Плотность энергии и удельная мощность — два из самых важные характеристики системы хранения энергии. Плотность энергии составляет ограничивается растворимостью ионов в растворах электролитов. Также, обратите внимание, что по мере того, как объем компонентов ячейки становится меньше по сравнению с объем электролитов, расход АКБ приближается к своему теоретический максимум плотности энергии. Таким образом, системы с большей производительностью более эффективен в этом отношении, так как большая часть веса приходится на электролит, непосредственно накапливающий энергию.Поскольку емкость не зависит энергетического компонента, как в двигателе внутреннего сгорания и бензобак, его можно увеличить простым увеличением резервуары для хранения электролита. Батареи Flow обеспечивают независимое масштабирование характеристик мощности и мощности, поскольку химические вещества хранится вне камеры.

Мощность, которую генерирует каждая ячейка, зависит от силы тока. плотность и напряжение. Батареи Flow обычно эксплуатируются при около 50 мА / см ² , примерно столько же, сколько батарей без конвекция.[3] Однако нововведения в материалах электродов и мембрана может значительно уменьшить внутреннее сопротивление клетки. Использование более тонкой мембраны при сохранении ионной селективность позволила некоторым проточным ячейкам окислительно-восстановительного потенциала достичь тока плотности до 80 мА / см ² площади электродов в 50 кВт общая система выпуска. [4] Однако, как показано в Таблице 1 ниже, общая удельная мощность все еще остается низкой по сравнению со свинцово-кислотными и литий-ионными батареи, поскольку объем, занимаемый водными реагентами / продуктами намного выше.Таким образом, энергия и удельная мощность являются основными недостатками. проточных батарей, а также область, в которой будущие исследования потенциал для улучшения.

Аккумуляторы Плотность энергии (Втч / л) Плотность мощности (Вт / л) Полисульфид брома 20-35 60 Ванадий-ванадий 20-35 60-100 Ванадий-бромный 20-35 50 Цинк-бром 20-35 40 Цинк-церий 20-35 50 Свинцово-кислотный 60-80 230 Литий-ионный 150-200 275 Металлогидрид никеля 100-150 330

Таблица 1: Сравнение батарей (на основе данных из [4]).Первые пять — проточные батареи.

Поведение при зарядке / разрядке

Проточные батареи, особенно с реакциями вовлекающие только изменения валентности ионов, особенно устойчивы в своих продолжительность цикла, мощность нагрузки и скорость зарядки. Поскольку для негибридных проточные батареи нет никаких опасений, связанных с твердыми активными батареями. вещества (например, литий-ионные батареи, которые значительная деградация емкости и эффективности с течением времени), электролит имеет практически неограниченный срок службы и может заряжаться до на полную мощность и полностью разряжены без каких-либо побочных эффектов.В срок службы, ограниченный компонентами батарейного стека, составляет более 10 000 циклов для ванадиевой батареи. Незначительная потеря эффективности в течение всего срока службы, и он может работать в относительно широком диапазоне температур диапазон.

Приложения

Основные преимущества проточных батарей можно объединить в комплексное ценностное предложение. Я сосредоточусь на ванадии химии, так как это имело наибольший коммерческий успех. Главный Особенности, которые различают проточные батареи: [1]

• Длительный срок службы: полупостоянный электролит в сочетании с минимальным электродом деградация позволяет проводить большое количество полных зарядов-разрядов. циклов, прежде чем потребуется замена.Электроды не претерпевают физические / химические изменения, поэтому их можно оптимизировать для каталитических и электрических свойств без необходимости конструкция для хранения активных веществ. Также конвективное охлаждение электродов перекачиваемым электролитом способствует нагреву распространение и управление.

• Без потерь в режиме ожидания: При длительных перерывах в работе при использовании происходит небольшой саморазряд, так как несущий заряд электролит хранится в отдельных емкостях.

• Низкие эксплуатационные расходы: Состояние заряда каждая ячейка одинакова, так как один и тот же электролит используется для всех ячеек, поэтому перезарядка не требуется, чтобы гарантировать равномерную заряд.

• Переработка и безопасность: Отходы ванадия можно повторно использовать и перекрестное загрязнение через положительные и отсеки отрицательных электродов не влияют на состав. Кроме того, электролиты относительно нетоксичны.

• Зарядные характеристики: Редокс-поток батареи «не подвержены колебаниям энергопотребления, повторная полная разрядка или максимальная скорость зарядки скорость разряда. «[2] Эти действия серьезно сокращают срок службы в других батареях.

• Модульность: Возможно, наиболее важным является что энергоемкость может масштабироваться независимо от мощности; характеристики ячейки, такие как площадь электрода, не должны быть изменено, чтобы изменить емкость.Это позволяет использовать подземное хранилище электролита в резервуарах произвольной формы, что было продемонстрировано успешно в системе 20 кВт. [1]

Как уже говорилось, эти функции хорошо подходят для выравнивание нагрузки, защита от провалов напряжения и прерывистый возобновляемый приложения для интеграции источников. Так же заманчиво, как проточная батарея характеристики могут показаться, их всегда нужно сравнивать с альтернативными такие опции, как свинцово-кислотные и литий-ионные батареи. Главный недоброжелатель остается низкая мощность и плотность энергии по сравнению с другими батареями технологии.Это неотъемлемая проблема проточных батарей, поскольку плотность заряда в растворе ограничена растворимостью и поэтому очень ниже, чем это возможно в наноструктурированном твердом теле. Низкая энергия и удельная плотность делает проточные батареи менее подходящими для портативных приложения, в которых вес и объем сильно ограничены.

Однако был интерес к потенциальным применение электромобилей, в основном из-за возможности почти «мгновенная подзарядка» путем замены электролита на зарядной станции.А группа в Университете Саутгемптона исследовала возможность использование проточных аккумуляторов в легковых автомобилях. Их испытательный автомобиль был скромный гибридный электромобиль с максимальной скоростью 70 миль в час и запасом хода на электротяге. 60 км (расширенный диапазон 300 км). [4] Литий-ионный аккумулятор 72 В, 110 Ач, 300 А аккумулятор, использованный для достижения этих характеристик, весил 60 кг и занимал 96 л. Для сравнения проточная батарея эквивалентной емкости и мощности будет 400 кг и иметь предполагаемый объем 424 литра. [4] группа использовала характеристики оптимизированной проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала ванадия для его оценки.Ясно, что потенциал применения электромобилей ограничено, если плотность энергии не будет значительно улучшена, или если есть большая разница в стоимости по сравнению с литий-ионной технологией.

Для проточной ванадиевой батареи, металлический ванадий фактически составляет большую часть стоимости. Цена ванадия составляет очень летучий. По оценкам анализа затрат, ванадий включает приблизительно от 50 до 110 долларов США / кВтч из общей целевой стоимости батареи 100-200 $ / кВтч. [2] Такие компании, как Enervault, утверждают, что достигли этого Пол 100 $ / кВтч для крупномасштабного накопления энергии.С точки зрения стоимости более дешевая альтернатива редокс-паре ванадия с аналогичным характеристики и более высокая растворимость (что приводит к более высокой энергии плотность) будет иметь большое значение.

Направление будущих исследований

Внедрение технологии проточных батарей ограничено из-за ряда технических и экономических препятствий; однако есть большой и увеличение рыночных возможностей. По мере того, как производство электроэнергии становится все более и более более децентрализованным с появлением возобновляемых источников, будет необходимо как увеличить коэффициенты нагрузки для эффективного удовлетворения пикового спроса, так и а также уменьшить непостоянство источников, которым не хватает предсказуемой доступность.Эти приложения масштаба коммунальных услуг потребуют хранения энергии. в мегаваттном диапазоне со сроком службы, быстрой зарядкой / разрядкой и модульность, для которой свинцово-кислотный не оптимизирован. В США Enervault и Deeya Energy — частные компании, занимающиеся производством проточных батарей. инновации и привлекли значительное финансирование.

Плотность энергии можно постепенно улучшать за счет несколько дополнительных нововведений. Трехмерные пористые электроды с оптимизированными каталитическими свойствами могут значительно увеличить выходную мощность для данной площади электрода.[2] Кроме того, необходимо провести дальнейшие исследования для выявления стабильных окислительно-восстановительных пар, которые обладают высокой растворимостью в желаемом диапазоне температур при одновременном образовании высокий потенциал ячеек, особенно если они значительно дешевле, чем ванадий. [3] Дальнейшее проектирование также может значительно улучшить производительность как на уровне ячейки, так и на уровне системы. Цели в первую очередь для минимизации насосных потерь и минимизации затрат на материалы мембраны / электродов на уровне ячейки и обеспечивают необходимые системы управления для интеграции в сеть и оптимизации мощности управление на системном уровне.

Поистине прорывные инновации требуют порядка величина увеличения как энергии, так и удельной мощности. Критическое ограничение фактор — растворимость электроактивных частиц в электролите. решение. Дополнительный продукт A123, известный как 24M, планирует значительно увеличить концентрацию окислительно-восстановительных веществ, создавая проточный полутвердый в отличие от менее вязкого электролита. Он планирует интегрировать концепцию проточной батареи в литий-ионную химию. В Компания подала заявку на патент в 2009 году (US № 20100047671), в котором подробно описывается планы для полутвердого электроактивного материала, накапливающего ионы, который транспортируется в сборку элементов и из них, аналогично проточной батарее архитектура.Он будет иметь предпочтительную концентрацию редокс-видов не менее 20 млн, что, если возможно, приведет к существенному увеличению плотность энергии.

© Бхаскар Гарг. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] N. Tokuda et al. , г. «Разработка проточной окислительно-восстановительной батареи Система, Sumimoto Electric Industries, SEI Technical Review 50 , 88 (2000).

[2] К. Понсе де Леон, «Проточные окислительно-восстановительные ячейки для энергетики Конверсия, J. Power Sources 160 , 716 (2006).

[3] Т. Нгуен и Р. Ф. Савинелл, «Flow Batteries» Интерфейс 19 , № 3, 54 (2010).

[4] М. Р. Мохамед, С. М. Шарх и К. Уолш, «Редокс Проточные аккумуляторы для гибридных электромобилей: прогресс и Проблемы «на конференции IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference VPPC. ’09, 7 сен 09, с. 551.

Конструкция батареи

| Аккумуляторы и системы питания

Слово батарея просто означает группу подобных компонентов.В военном словаре «батарея» относится к группе орудий. В электричестве «батарея» — это набор гальванических элементов, предназначенных для обеспечения большего напряжения и / или тока, чем это возможно с одним элементом.

Обозначение ячейки очень простое, состоит из одной длинной линии и одной короткой линии, параллельных друг другу, с соединительными проводами:

Символ батареи — это не что иное, как пара символов ячеек, уложенных последовательно:

Как было сказано ранее, напряжение, создаваемое любым конкретным типом элемента, определяется строго химическим составом этого типа элемента.Размер ячейки не имеет отношения к ее напряжению. Чтобы получить большее напряжение, чем выходное напряжение одной ячейки, несколько ячеек должны быть соединены последовательно. Общее напряжение батареи — это сумма напряжений всех ячеек. Типичный автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор состоит из шести ячеек для номинального выходного напряжения 6 x 2,0 или 12,0 вольт:

Элементы автомобильного аккумулятора находятся в одном корпусе из твердой резины и соединены вместе толстыми свинцовыми стержнями, а не проводами.Электроды и растворы электролита для каждой ячейки содержатся в отдельных секциях корпуса батареи. В больших батареях электроды обычно имеют форму тонких металлических решеток или пластин и часто называются пластинами , вместо электродов.

Для удобства символы батареи обычно ограничиваются четырьмя линиями, чередующимися длинными / короткими, хотя настоящая батарея, которую она представляет, может иметь намного больше ячеек, чем это. Однако иногда вы можете встретить символ батареи с необычно высоким напряжением, намеренно нарисованный дополнительными линиями.Линии, конечно же, представляют отдельные планшеты с клетками:

Насколько важен размер батареи?

Если физический размер ячейки не влияет на ее напряжение, то на что он влияет? Ответ — сопротивление, которое, в свою очередь, влияет на максимальный ток, который может обеспечить ячейка. Каждый гальванический элемент содержит некоторое количество внутреннего сопротивления из-за электродов и электролита. Чем больше сконструирован элемент, тем больше площадь контакта электрода с электролитом и, следовательно, тем меньшее внутреннее сопротивление он будет иметь.

Хотя мы обычно считаем элемент или аккумулятор в цепи идеальным источником напряжения (абсолютно постоянным), ток через него определяется исключительно внешним сопротивлением цепи, к которой он подключен, это не совсем так. в реальной жизни. Поскольку каждая ячейка или батарея имеет внутреннее сопротивление, это сопротивление должно влиять на ток в любой данной цепи:

Настоящая батарея, показанная выше в пунктирных линиях, имеет внутреннее сопротивление 0.2 Ом, что влияет на его способность подавать ток на нагрузку с сопротивлением 1 Ом. Идеальная батарея слева не имеет внутреннего сопротивления, поэтому наши расчеты по закону Ома для тока (I = E / R) дают нам идеальное значение 10 ампер для тока с нагрузкой 1 Ом и питанием 10 вольт. Настоящая батарея со встроенным сопротивлением, дополнительно препятствующим прохождению тока, может подавать только 8,333 А на то же сопротивление нагрузки.

Идеальная батарея при коротком замыкании с сопротивлением 0 Ом могла бы обеспечивать бесконечное количество тока.Настоящая батарея, с другой стороны, может подавать только 50 ампер (10 вольт / 0,2 Ом) на короткое замыкание с сопротивлением 0 Ом из-за своего внутреннего сопротивления. Химическая реакция внутри элемента может по-прежнему обеспечивать ровно 10 вольт, но напряжение падает на этом внутреннем сопротивлении по мере протекания тока через батарею, что снижает величину напряжения, доступного на клеммах батареи к нагрузке.

Как соединить элементы, чтобы минимизировать внутреннее сопротивление батареи?

Поскольку мы живем в несовершенном мире с несовершенными батареями, нам необходимо понимать значение таких факторов, как внутреннее сопротивление.Обычно батареи устанавливаются в приложениях, где их внутреннее сопротивление незначительно по сравнению с сопротивлением цепи нагрузки (где их ток короткого замыкания намного превышает их обычный ток нагрузки), и поэтому характеристики очень близки к характеристикам идеального источника напряжения.

Если нам нужно сконструировать батарею с меньшим сопротивлением, чем то, которое может обеспечить одна ячейка (для большей емкости по току), нам придется соединить элементы вместе параллельно:

По сути, мы здесь определили эквивалент Тевенина пяти параллельных ячеек (эквивалентная сеть из одного источника напряжения и одного последовательного сопротивления).Эквивалентная сеть имеет то же напряжение источника, но меньшую часть сопротивления любой отдельной ячейки в исходной сети. Общий эффект параллельного соединения ячеек заключается в уменьшении эквивалентного внутреннего сопротивления, так же как параллельные резисторы уменьшают общее сопротивление. Эквивалентное внутреннее сопротивление этой батареи из 5 ячеек составляет 1/5 сопротивления каждой отдельной ячейки. Общее напряжение остается прежним: 2,0 вольт. Если бы эта батарея ячеек питала цепь, ток через каждую ячейку был бы 1/5 от общего тока цепи из-за равного разделения тока через параллельные ветви с одинаковым сопротивлением.

ОБЗОР:

• Батарея представляет собой группу ячеек, соединенных вместе для увеличения напряжения и / или текущей емкости.
• Элементы, соединенные последовательно (с учетом полярности), приводят к большему общему напряжению.
• Физический размер элемента влияет на сопротивление элемента, что, в свою очередь, влияет на способность элемента подавать ток в цепь. Как правило, чем больше размер ячейки, тем меньше ее внутреннее сопротивление.
• Ячейки, соединенные параллельно, приводят к меньшему общему сопротивлению и потенциально большему общему току.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Принципов ответственного управления батареями в мобильных приложениях — Совет региона Великих озер

Грегори Кеолиан, доктор философии.

Электромобили (электромобили) в сочетании с переходом на экологически чистую энергию обещают озеленение мобильности и достижение будущего транспортного средства с нулевым уровнем выбросов в двунациональном регионе Великих озер, родине мировой автомобильной промышленности, что представляет собой значительную экономическую и экономическую выгоду. экологические возможности для региона и важный ответ на амбициозные приоритеты в области изменения климата и устойчивого развития, изложенные в новой Дорожной карте для обновленного U.Южно-Канадское партнерство. Однако существуют важные последствия для политики, инфраструктуры и цепочки поставок, которые необходимо учитывать на региональной, трансграничной основе, включая ответственный выбор источников, производство, использование и переработку батарей следующего поколения, которые имеют решающее значение для работы электромобилей. Д-р Кеолиан присоединился к трем экспертам в диалоге по этому вопросу 29 апреля. Его исследование, краткое изложение которого приведено ниже, послужило основой для этого разговора.

На транспортный сектор приходится 29% выбросов парниковых газов (ПГ) в США, а электромобили (электромобили) — это путь вперед для автомобильной промышленности по обезуглероживанию мобильности.Хотя текущие продажи электромобилей составляют лишь около 2% рынка, производители готовятся выпустить широкий выбор моделей электромобилей, от спортивных седанов до полноразмерных пикапов.

Электромобили

предоставляют огромную возможность уменьшить воздействие мобильности на окружающую среду, но только если мы учтем, как они производятся, управляются, заряжаются и управляются, когда эти автомобили списываются. Технология аккумуляторов и управление ими лежат в основе ответов на эти вопросы и имеют решающее значение для оптимизации, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами этого быстро развивающегося сдвига в мобильности.

В нашей статье «Зеленые принципы ответственного управления батареями в мобильных приложениях» мы описали возможности сокращения выбросов парниковых газов в транспортном секторе. Батареи являются центральным компонентом систем хранения энергии для электромобилей, и их интеграция в электромобили может привести к широкому спектру возможных экологических последствий в зависимости от таких факторов, как материалы батареи, источник электроэнергии, схемы зарядки, а также инфраструктура утилизации и восстановления батарей.

Учитывая сложность аккумуляторных систем, мы разработали структуру для систематической оценки воздействия на окружающую среду на всех этапах жизненного цикла аккумуляторной системы, от добычи материала и производства до использования в электромобиле до окончания срока службы аккумуляторной батареи.Мы разработали набор из десяти принципов для предоставления практических рекомендаций, показателей и методов для ускорения экологического улучшения приложений мобильных аккумуляторов и стимулирования инноваций со стороны дизайнеров, поставщиков, производителей оригинального оборудования (OEM) и менеджеров по утилизации. Целью этих принципов, которые должны быть реализованы вместе как набор, является улучшение управления и устойчивого управления жизненным циклом путем управления проектированием, выбором материалов, развертыванием (включая эксплуатацию и техническое обслуживание) и планированием инфраструктуры аккумуляторных систем в мобильных приложениях.Эти принципы применимы к новым технологиям аккумуляторов (например, литий-ионных), а также могут повысить эффективность использования существующих (например, свинцово-кислотных) аккумуляторов.

• Принцип № 1: Выбирайте химический состав батареи, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду в течение жизненного цикла. .
  Разработайте и выберите химический состав аккумуляторов, который улучшает эксплуатационные характеристики и увеличивает срок службы, что в конечном итоге способствует устойчивости.
• Принцип № 2: Минимизируйте производственную нагрузку на энергосервис.
  Минимизируйте производственную нагрузку на энергоснабжение, обеспечиваемое системой аккумуляторных батарей. Производственная нагрузка включает материальное производство, производство и связанную с ним инфраструктуру.
• Принцип № 3: Сведение к минимуму безвозвратного использования критически важных и дефицитных материалов .
  При проектировании и производстве батарей следует свести к минимуму безвозвратное использование дефицитных и критических материалов, поскольку их истощение может препятствовать дальнейшему развертыванию этих систем. Важно, чтобы более широкое внедрение электромобилей не приводило к неблагоприятным последствиям, таким как нерациональное потребление металлов (лития, кобальта, марганца) в дополнение к энергоемким или высокоэффективным этапам производства аккумуляторов.
• Принцип №4: Максимальное повышение эффективности работы аккумулятора в оба конца.
  Увеличьте эффективность работы аккумулятора в оба конца, чтобы минимизировать потери энергии во время зарядки и эксплуатации автомобиля.
• Принцип № 5: Максимальное увеличение удельной энергии аккумулятора для снижения эксплуатационной энергии автомобиля.
  Разработайте аккумуляторную батарею с максимальной плотностью энергии, чтобы минимизировать массовый расход топлива. Снижение массы транспортного средства — ключевая стратегия достижения значительного сокращения энергопотребления и выбросов в течение жизненного цикла.
• Принцип № 6: Проектируйте и эксплуатируйте аккумуляторные системы, чтобы максимально продлить срок их службы и ограничить деградацию. Используйте схемы зарядки, которые минимизируют деградацию за счет сохранения емкости аккумулятора и эффективности работы в оба конца. Температура также влияет на деградацию.
• Принцип № 7: Сведение к минимуму воздействия опасных материалов, выбросов и обеспечение безопасности. Воздействие и выброс опасных материалов следует сводить к минимуму на этапах производства, использования (эксплуатации и обслуживания) и в конце срока службы аккумуляторной системы, чтобы обеспечить безопасную среду для сообществ, рабочих и пользователей.
• Принцип № 8: Продвигайте, развертывайте и заряжайте электромобили в более чистых сетях. Заряжайте электромобили более чистой электроэнергией, чтобы снизить выбросы в течение жизненного цикла. Любое взаимодействие между электросетью и транспортным средством должно привести к снижению выбросов и минимальному износу аккумулятора.
• Принцип № 9: Выбирайте типы трансмиссии и транспортных средств, чтобы максимизировать экологические преимущества жизненного цикла . Повышение степени электрификации от ICEV до PHEV до BEV должно привести к снижению выбросов в течение жизненного цикла, в зависимости от структуры сетей.
• Принцип № 10: Проектирование с учетом срока службы и рекуперации материала. Подходы к завершению срока службы « циркулярной экономики» (повторное использование, восстановление и переработка) могут значительно снизить воздействие на окружающую среду и глобальный спрос на добытые материалы.

Центр устойчивых систем (CSS) также разработал дополнительный набор зеленых принципов хранения энергии для электросетевых приложений. Как указано в Принципе 8 выше, декарбонизация сети имеет решающее значение для снижения углеродного следа электромобилей.Хранение энергии будет иметь решающее значение для управления изменчивостью производства электроэнергии из возобновляемых источников. На возобновляемые источники в настоящее время приходится 20% среднего топливного баланса США, но коммунальные предприятия ускоряют развертывание ветряных и солнечных электростанций, одновременно выводя из эксплуатации установки, сжигающие ископаемое топливо.

Об авторе

Он назначен профессором Школы окружающей среды и устойчивого развития и профессором кафедры гражданской и экологической инженерии.Он получил докторскую степень в области химической инженерии в Мичиганском университете в 1987 году.

Его исследования сосредоточены на разработке и применении моделей жизненного цикла и показателей устойчивости для разработки и улучшения продуктов и технологий. В рамках своих междисциплинарных исследований он проанализировал различные системы, включая традиционные и альтернативные автомобильные технологии, технологии возобновляемых источников энергии, здания и инфраструктуру, потребительские товары и упаковку, а также различные пищевые системы.

Он помог запустить программу двойного диплома «Инженерные устойчивые системы» между Школой окружающей среды и устойчивого развития и Инженерным колледжем, чтобы подготовить новое поколение инженеров по устойчивым системам. Он преподает междисциплинарные курсы для аспирантов по устойчивым энергетическим системам и промышленной экологии. Он занимал двухлетний срок в качестве президента Международного общества промышленной экологии с 2011 по 2012 год. Д-р Кеолиан недавно был включен в Горячий список Reuters ведущих ученых-климатологов мира.

О публикации

«Зеленые принципы ответственного управления батареями в мобильных приложениях» были написаны Марьям Арбабзаде Джеффри М. Льюис и Грегори А. Кеолеан; Центр устойчивых систем, Школа окружающей среды и устойчивого развития, Мичиганский университет, 440 Черч-стрит, Анн-Арбор, Мичиган, 48109, США, и опубликовано в журнале Journal of Energy Storage Volume 24, август 2019 г., 100779. Подробнее информацию см. аннотацию.

Принципы были разработаны при спонсорской поддержке национальной некоммерческой коалиции Responsible Battery Coalition (RBC).Эти принципы представляют собой исчерпывающий набор рекомендаций по развертыванию мобильных аккумуляторов и технологическому развитию с экологической точки зрения. РБК также спонсировал исследование CSS, посвященное Принципу № 6 в соответствующей публикации.

Фотография баннера Робина Пьера на Unsplash

Типы электромобилей и принципы работы

Типы электромобилей

Различные типы электромобилей постоянно меняются и развиваются, предоставляя пользователям и потенциальным пользователям возможность выбора.Сегодня мир все больше знаком с терминами BEV, HEV, PHEV и FCEV. Как работает электромобиль? Как работает электромобиль, зависит от его типа. В этой статье мы кратко обсудим типы и принципы работы электромобилей или транспортных средств, продаваемых сегодня в мире и Индонезии.

Электромобиль — это транспортное средство, которое полностью или частично приводится в движение электродвигателями с использованием энергии, хранящейся в перезаряжаемых батареях. Первые практичные электромобили были произведены в 1880-х годах.Электромобили были популярны в конце 19 — начале 20 века. Инновации и передовые разработки в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и массовое производство более дешевых автомобилей с бензиновым двигателем привели к сокращению использования электромобилей.

———————————————

Развитие технологий накопления энергии, особенно аккумуляторных, в настоящее время снова делает электромобили более популярными. Так как же на самом деле работает электромобиль?

Как работает электромобиль? — Общий

Когда педаль автомобиля нажата, то:

• Контроллер принимает и регулирует электрическую энергию от батарей и инверторов
• При установленном контроллере инвертор затем отправляет определенное количество электроэнергии на двигатель (в зависимости от глубины нажатия на педаль)
• Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую (вращение)
• Вращение ротора двигателя вращает трансмиссию, поэтому колеса вращаются, а затем автомобиль движется.

Примечание. Вышеуказанный принцип работы относится к аккумуляторным электромобилям (BEV).

———————————————

Типы электромобилей

Существует 4 (четыре) типа электромобилей со следующей структурой:

• Аккумулятор для электромобиля (BEV)
• Гибрид
  • Гибридный электромобиль (HEV)
  • Подключаемый гибридный электромобиль (PHEV)
• Электромобиль на топливных элементах (FCEV)

Вкратце, системную архитектуру четырех типов электромобилей, указанных выше, можно увидеть на следующем рисунке:

Более подробное объяснение вы можете прочитать ниже.

———————————————

Аккумулятор для электромобиля (BEV)

Электромобиль с аккумулятором (BEV), также называемый полностью электромобилем (AEV), полностью работает от аккумулятора и электропривода. Электромобили этого типа не имеют ДВС. Электричество хранится в большой аккумуляторной батарее, которая заряжается от электросети. Аккумуляторная батарея, в свою очередь, обеспечивает питание одного или нескольких электродвигателей для запуска электромобиля.

Архитектура и основные компоненты

Компоненты BEV

• Электродвигатель
• Инвертор
• Аккумулятор
• Модуль управления
• Привод

Принципы работы BEV

• Мощность преобразуется от батареи постоянного тока в переменный ток для электродвигателя
• Педаль акселератора отправляет сигнал контроллеру, который регулирует скорость автомобиля, изменяя частоту переменного тока от инвертора к двигателю
• Мотор соединяет и поворачивает колеса через шестерню
• Когда нажимаются тормоза или электромобиль замедляется, двигатель становится генератором переменного тока и вырабатывает мощность, которая отправляется обратно в аккумулятор

Примеры BEV

Volkswagen e-Golf, Tesla Model 3, BMW i3, Chevy Bolt, Chevy Spark, Nissan LEAF, Ford Focus Electric, Hyundai Ioniq, Karma Revera, Kia Soul, Mitsubishi i-MiEV, Tesla X, Toyota Rav4.

———————————————

Гибридный электромобиль (HEV)

Этот тип гибридных автомобилей часто называют стандартными гибридными или параллельными гибридными. HEV имеет как ДВС, так и электродвигатель. В этих типах электромобилей двигатель внутреннего сгорания получает энергию от топлива (бензина и других видов топлива), а двигатель — от батарей. Бензиновый двигатель и электродвигатель одновременно вращают трансмиссию, которая приводит в движение колеса.

Разница между HEV по сравнению с BEV и PHEV заключается в том, что батареи в HEV могут заряжаться только от ДВС, движения колес или их комбинации.Порт для зарядки отсутствует, поэтому аккумулятор нельзя заряжать извне системы, например, от электросети.

Архитектура и основные компоненты HEV

Компоненты HEV

• Двигатель
• Электродвигатель
• Батарейный блок с контроллером и инвертором
• Топливный бак
• Модуль управления

Принципы работы HEV

• Имеет топливный бак, подающий бензин в двигатель, как в обычном автомобиле
• Также имеется комплект аккумуляторов от электродвигателя
• Двигатель и электродвигатель могут включать трансмиссию одновременно

Примеры HEV

Honda Civic Hybrid, Toyota Prius Hybrid, Honda Civic Hybrid, Toyota Camry Hybrid.

———————————————

Подключаемый гибридный электромобиль (PHEV)

PHEV — это тип гибридного автомобиля с ДВС и двигателем, часто называемый гибридом серии . Этот тип электромобилей предлагает выбор топлива. Этот тип электромобилей питается от обычного топлива (например, бензина) или альтернативного топлива (например, биодизеля) и от аккумуляторной батареи. Аккумулятор можно заряжать электричеством, подключив его к электрической розетке или зарядной станции электромобиля (EVCS).

PHEV обычно может работать как минимум в двух режимах:

• Полностью электрический режим, в котором двигатель и аккумулятор обеспечивают всю энергию автомобиля
• Гибридный режим, в котором используются как электричество, так и бензин.

Некоторые PHEV могут проехать более 70 миль только на электричестве.

Архитектура и основные компоненты PHEV

Компоненты PHEV

• Электродвигатель
• Двигатель
• Инвертор
• Аккумулятор
• Топливный бак
• Модуль управления
• Зарядное устройство (если есть на борту)

Принцип работы PHEV

PHEV обычно запускаются в полностью электрическом режиме и работают от электричества до тех пор, пока их аккумуляторная батарея не разрядится.Некоторые модели переходят в гибридный режим, когда достигают крейсерской скорости по шоссе, обычно выше 60 или 70 миль в час. Как только аккумулятор разряжен, двигатель берет на себя управление, и автомобиль работает как обычный гибрид без подключаемого модуля.

Помимо подключения к внешнему источнику электроэнергии, батареи PHEV могут заряжаться от двигателя внутреннего сгорания или рекуперативного торможения. Во время торможения электродвигатель действует как генератор, используя энергию для зарядки аккумулятора. Электродвигатель дополняет мощность двигателя; в результате можно использовать двигатели меньшего размера, что увеличивает топливную экономичность автомобиля без ухудшения характеристик.

Примеры PHEV

Porsche Cayenne S E-Hybrid, Chevy Volt, Chrysler Pacifica, Ford C-Max Energi, Ford Fusion Energi, Mercedes C350e, Mercedes S550e, Mercedes GLE550e, Mini Cooper SE Countryman, Audi A3 E-Tron, BMW 330e, BMW i8, BMW X5 xdrive40e, Fiat 500e, Hyundai Sonata, Kia Optima, Porsche Panamera S E-hybrid, Volvo XC90 T8.

———————————————

Электромобиль на топливных элементах (FCEV)

Электромобили на топливных элементах (FCEV), также известные как транспортные средства на топливных элементах (FCV) или автомобили с нулевым выбросом, представляют собой типы электромобилей, в которых используется «технология топливных элементов» для выработки электроэнергии, необходимой для работы транспортного средства.В автомобилях этого типа химическая энергия топлива преобразуется непосредственно в электрическую.

Архитектура и основные компоненты FCEV

Компоненты FCEV

• Электродвигатель
• Стек топливных элементов
• Резервуар для хранения водорода
• Аккумулятор с преобразователем и контроллером

Принципы работы FCEV

Принцип работы электромобиля на «топливных элементах» отличается от принципа работы электромобиля «от сети».Этот тип электромобилей обусловлен тем, что FCEV вырабатывает электроэнергию, необходимую для работы этого транспортного средства, на самом транспортном средстве.

Примеры FCEV

Toyota Mirai, Hyundai Tucson FCEV, Riversimple Rasa, Honda Clarity Fuel Cell, Hyundai Nexo.

———————————————

Свяжитесь с Omazaki Group для консультации и планирования установки EVCS в Индонезии для бытовых, коммерческих и промышленных целей, а также для общественных EVCS. Для обучения работе с электромобилями (EV) загрузите полный список и каталог на сайте Omazaki Training.

Статьи по теме :

Артикул:

• https://www.caa.ca/electric-vehicles/types-of-electric-vehicles/#bev
• https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_car
• https://www.seai.ie/technologies/electric-vehicles/what-is-an-electric-vehicle/types-of-electric-vehicle/
• https://www.evgo.com/why-evs/types-of-electric-vehicles/
• http://www.ieahev.org/about-the-technologies/plug-in-hybrid-electric-vehicles/
• Кеннет Барнетт — Гибридный автомобиль: взгляд в будущее автомобилей
• https: // www.

  No related posts.