Для чего нужны электрические аккумуляторы

Устройство аккумулятора — что внутри и как работает

Принципиально устройство аккумулятора больше чем за 150 лет с момента его изобретения не изменилось, хотя современность внесла серьёзные новшества в технологические процессы их изготовления и используемые материалы, из чего состоит аккумулятор.

Автономный источник энергии

Что такое аккумулятор

Аккумулятор – автономный источник электричества, который накапливает, сохраняет и отдает энергию. Аккумуляторная батарея – важный элемент электрооборудования транспортного средства. Назначение акб определяется в запуске двигателя и обеспечении подачи электричества в бортовую сеть. Все электроприборы, когда выключен мотор, и не работает генератор, работают от батареи. Накопитель помогает в пробке, когда энергии генератора не хватает.

Устройство и принцип работы аккумулятора

Для того, чтобы разобраться, как работает аккумулятор, необходимо знать устройство акб, что внутри аккумулятора обеспечивает работу прибора. Основной принцип работы аккумулятора заключается в разности потенциалов при погружении двух пластин в электролит. В 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, каждый из которых вырабатывает 2 вольта. Все они объединены совместным корпусом, который образует единое целое конструкции.

Аккумулятор в разрезе

При работе этой конструкции, пластинки из-за действия серной кислоты выделяют сульфат свинца, в результате чего образуется электрический ток. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным. Принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, который позволяет полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора зависит от качества используемых материалов, из чего состоит акб.

Схема строения

Схема строения

Виды аккумуляторов

Классификация акб по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Возникала необходимость по улучшению качества работы акб. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, потому что в них уже намного реже требовался долив воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт требовали постоянного долива, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов использовать герметичный, неразборной корпус.

• Сурьмянистые батареи относятся к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
• В малосурьмянистых акб материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
• При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
• Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
• EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая из пластин закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
• В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Такая технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.
• В литиевых акб используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
• Отличительной особенностью AGM является то, что в электролит с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
• Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными, щелочными. Щелочные растворы используются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости представляют собой сильные основания, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Такие составы можно приобрести в специализированных магазинах или же приготовить самостоятельно в домашних условиях. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке также возможно довольно точно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности смешать кислоту с дистиллированной водой.

Важно! вода при минусовых температурах превращается в лед. Всегда при морозе нужно применять меры, необходимые для предотвращения замерзания аккумулятора.

Основные технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Важно! Емкость не характеризует полностью энергию аккумулятора, т.е. энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке, ведь именно по этому критерию большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Величину, характеризующую параметр тока, протекающего в стартере автомобиля в момент пуска силового узла, принято считать пусковым током. Пусковой ток или стартерный возникает в момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Он же ток холодной прокрутки является показателем, как аккумулятор поведет себя в морозную погоду и сможет запустить двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Полюса всего два – положительный и отрицательный, вариантов расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Чтобы ее определить, нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что акб с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Прямая, обратная полярность

Исполнение корпуса

Корпус большинства аккумуляторов состоит из ударопрочного полипропилена, который характеризуется как материал легкий, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен довольно стоек к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Традиционно появились американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты. Например, у батарей емкостью 60 Ач общая высота от 17,5 до 19 сантиметров. У азиатских этот показатель немного выше, до 22 сантиметров за счет верхнего расположения электродов. Именно поэтому важно корректно анализировать возможности посадочного места под капотом, чтобы надежно закрепить АКБ прижимной планкой и избежать замыкания при случайном касании токоотводами металлических частей кузова.

У АКБ с европейским типом корпуса клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. Иногда клеммы дополнительно защищены от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке, верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора. Какую клемму снимать с аккумулятора первой читайте здесь.

Важно! При приобретении акб нужно знать, что европейские производители указывают габаритные размеры аккумулятора по корпусу. На азиатских корпусах могут указывать высоту батареи с учетом клемм или без них.

Российский стандарт акб

Обозначение	Описание букв
А	АКБ имеет общую крышку для всего корпуса
З	Корпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
Э	Корпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
Т	Корпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
М	В корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
П	В конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты

Европейские корпусы и американские имеют идентичные габариты

Тип и размер клемм

Распространены аккумуляторы с клеммами трех разных стандартов: тип Euro – T ype 1, и Asia –Type 3, «под болт» – американский стандарт. В типе Euro плюсовая клемма имеет диаметр 19,5 мм, минусовая клемма – 17,9 мм. В типе Asia клемма плюс имеет диаметр 12,7 мм, клемма минусовая – 11,1 мм. Клеммы «под болт» находятся на боковой стенке аккумулятора и сверху. Болт, соединённый с проводом, продевается в отверстие клеммы и фиксируется гайкой.

Американский стандарт

Тип крепления

При выборе акб особое внимание следует обращать на тип крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. Вверху крепится элемент с помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор. Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.

Тип крепления встречается на «азиатах»

Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса акб находится выступ, за который аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.

Нижнее крепление

Назначение аккумуляторных батарей

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

Важно! Перед проверкой системы электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и готова к эксплуатации.

В каких сферах используется

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

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

Применение батареи в игрушках

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

Источник

Аккумулятор. Виды и применение. Как выбрать. Плюсы и минусы

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно. Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Виды аккумуляторов

Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Этот аккумулятор выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчив к низким температурам и у него большой допустимый ток разряда. Одними из основных его достоинств является низкая цена и большой срок службы. Недостатки указанного вида в том, что он быстро саморазряжается и имеет низкую плотность энергии.

Основным недостатком такого оборудования является «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи. Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство. Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку. Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными. Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)

Такой аккумулятор чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах он уже используюется редко, так как вытесняется более прогрессивным типом батарей. Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

Самые современные устройства, основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими. Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры. Так как такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя. Если нарушается герметичность также нельзя эксплуатировать такую батарею.

Устройство

Раньше аккумуляторные батареи для бытовой техники и телефонов по своему строению были точной копией тех, что используются в автомобилях. Современные технологии позволили разработать литий-ионные батареи, у которых катод покрыт алюминиевой, а анод медной фольгой. В литий-полимерных моделях в качестве банок используются мягкие пакеты, которые заполняются гелеобразным раствором лития в полимере.

Чтобы контролировать заряд, такая аккумуляторная батарея обязательно имеет устройство, которое выполнено в виде электронной платы. Вместо привычных двух контактов, такие батареи с платой телефона соединяются при помощи конвектора — многополюсного соединения.

Принцип работы

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность. Во время заряда ток пропускают в противоположном направлении, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой является емкость, то есть величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения. Для ее измерения обычно используются Ач.

Области применения

Аккумулятор используется в различных отраслях и имеет широкое применение. Аккумуляторные батареи применяют для освещения вагонов, питания различной апертуры на автомобилях, в мобильных телефонах, в бытовой технике и электронике.

Для того чтобы обезопасить компьютер и имеющуюся информацию при внезапном исчезновении питания, используются ИБП. Основным его элементом является АКБ. Первоначальный запуск любого автомобиля не возможет без заряженной аккумуляторной батареи.

Как выбрать аккумулятор

Рассмотрим особенности выбора АКБ для мобильного телефона. Сначала надо разобраться, какая батарея установлена в вашем телефоне, так как она может быть съемной или несъемной.

Если ее можно снять, то открывают заднюю крышку телефона и внимательно изучают характеристики батареи:

При наличии и несъемной АКБ, ее данные можно узнать из паспорта телефона или на сайте производителя. Современный рынок предлагает оригинальные аккумуляторы, аналогичные и «ноунейм». На последний вариант лучше вообще не обращать внимания, так как такая батарея может не только вывести из строя телефон, а даже взорваться.

Между собой оригинальные и аналоговые изделия практически ничем не отличаются по своим характеристикам, но оригинальные батареи будут намного дороже. Учтите, что некоторые производители не делают оригинальные запчасти, поэтому в таком случае придется приобретать аналогичный источник питания.

Аккумулятор для автомобиля

В этом случае надо обращать внимание на такие характеристики как емкость, пусковой ток и габариты изделия. Важно, чтобы емкость и величина пускового тока не очень отличались от той аккумуляторной батареи, что была установлена на заводе-производителе, так как генератор и другое оборудование рассчитаны на определенные их значения.

Кроме описанных характеристик, обращают внимание на наличие дополнительных элементов: ручка для удобной транспортировки, защита клемм, наличие встроенного индикатора заряда.

Достоинства и недостатки

Рассмотрим, какие есть преимущества и недостатки у разных типов батарей.

Преимущества NiCd устройств:

• Быстрая зарядка, можно использовать ток, который равен и даже превышает емкость батареи, злоупотреблять часто большим зарядным током нельзя и если требуется быстрый заряд, то используют устройства, определяющие полный заряд батареи, после чего они должны отключаться.
• Могут давать в нагрузку ток большого значения.
• Если соблюдаются правила эксплуатации, то срок службы будет большим.
• Возможность восстановления при понижении емкости.
• Доступная стоимость.

Недостатки будут такие:

• Наличие «эффекта памяти».
• Высокий уровень саморазряда.
• Большой вес и размеры.
• Требуется специальная утилизация из-за наличия кадмия.

Особенности NiMh батарей:

• Больше плотность электроэнергии, поэтому они имеют меньший вес и размеры.
• Срок службы зависит от глубины разряда, чтобы батарея дольше служила, лучше ее эксплуатировать не с полным, а с поверхностным разрядом.
• Зарядка не может проводиться так быстро, как в предыдущем варианте.
• «Эффект памяти» выражен намного меньше.
• У них небольшое количество рабочих циклов.
• Высокий саморазряд, который достигает 30% в месяц.

LiIon батареи имеют следующие достоинства:

• Небольшой вес и размеры, достигается это за счет высокой плотности электроэнергии.
• Незначительный саморазряд.
• На протяжении всего срока службы не требуют никакого обслуживания.

Недостатки таких АКБ следующие:

• Высокая цена.
• Хранить такие батареи надо только заряженными.
• Даже если они не используются, происходит процесс старения, уже через два года, если ими не пользоваться, они обычно выходят из строя.

LiPol устройства являются самыми современными, но пока массово они не применяются, поэтому объективно оценить их преимущества и недостатки пока нельзя.

Если сравнивать их с другими типами, то в таких устройствах меньше рабочих циклов, и они рассчитаны на небольшой ток нагрузки. Технология их изготовления позволяет создавать тонкие и пластичные геометрические формы, что нехарактерно для других типов батарей. Как и у всего нового, стоимость таких батарей пока высокая.

Сейчас в электронных устройствах в основном используются NiMh и LiIon аккумуляторы. У первых будет больше срок службы при умеренных нагрузках и ниже стоимость, у вторых простое обслуживание и большой срок службы при интенсивных нагрузках. Никель-кадмиевые устройства уже практически не используются, а литий-полимерные только завоевывают рынок.

Источник