- Розвиток автомобільних акумуляторів
- Пристрій автомобільного акумулятора
- Розряд автомобільного акумулятора
- Заряд автомобільного акумулятора
- Технічні характеристики автомобільного акумулятора
- Написи на автомобільному акумуляторі
- Несприятливі умови навантаження для автомобільного акумулятора
У далекому минулому для того щоб запустити двигун, водій повинен був обертати важіль стартера автомобіля . Це досить виснажлива процес. У сучасних машинах ця задача вирішена за допомогою автомобільного акумулятора. Його також називають стартерной акумуляторною батареєю (АКБ).
Стартерная АКБ виконує три основні функції:
1. Запуск двигуна автомобіля;
2. Харчування енергією електричних пристроїв машини, коли не працює двигун;
3. Допомога генератору автомобіля при великому навантаженні.
Автомобільний акумулятор - це основний електричний елемент будь-якої сучасної машини. Адже він відповідає за роботу всього електрообладнання автомобіля . Саме від акумулятора залежить, чи вдалим буде холодний пуск двигуна . Тому АКБ повинна справно працювати і виконувати свої завдання бездоганно.
Розвиток автомобільних акумуляторів
Принцип роботи автомобільного акумулятора був розроблений більше 150-ти років тому і залишається незмінним до сих пір. Це свинцеві пластини і кислота.
Свинцеві акумулятори володіють високою надійністю, вигідним співвідношенням ціна / якість і придатні до утилізації. Саме тому їх виробництво є масовим, а процес розвитку не стоїть на місці.
Сьогодні все більшої популярності набувають електричні гібридні приводу і електромобілі. Розроблено і продовжують модернізуватися акумулятори закритого виконання. Такі АКБ не вимагають обслуговування, тому що дистильована вода практично не розкладається. Значимість акумуляторної батареї в складі сучасних транспортних засобів зростає. Тому складно переоцінити важливість розвитку і вдосконалення технології виробництва АКБ.
Пристрій автомобільного акумулятора
У будь-якому автомобілі звичайна стартерная акумуляторна батарея видає напругу 12 В. До складу стандартної АКБ входять шість гальванічних елементів. Вони з'єднані послідовно і розміщені в спеціальному корпусі. Між собою елементи поділяються перегородками.
Гальванічний елемент - основна складова акумулятора. Він складається з двох електродів разноименной полярності, які представляють собою гратчасті пластини зі свинцю. Цей блок електродів занурений в суміш 38-відсоткової сірчаної кислоти і дистильованої води - електроліт. Осередки пластин заповнені активною речовиною.
Щоб електроди замикалися, між ними розташовується сепаратор - пористий ізолюючий матеріал. Він не перешкоджає циркуляції електроліту всередині блоків, але запобігає зіткнення різнойменних електродів.
Перемички між елементами, перемички пластин (баретки) і висновки полюсів автомобільного акумулятора також зроблені зі свинцю. Перемички проходять крізь перегородки між елементами. Полюсні висновки відрізняються різними розмірами. Діаметр позитивного висновку завжди більше негативного висновку. Таке виконання запобігає неправильне підключення батареї. Наявність захисту від невірного з'єднання є обов'язковим. В результаті переполюсовкі термін служби акумулятора зменшується, тому що відбувається руйнування активних мас.
Цілісність конструкції забезпечує корпус АКБ. Він виготовляється з ізолюючого матеріалу, який стійкий до впливу кислот, до значних коливань температури і вібрації. Сучасні акумулятори мають корпус з синтетичного матеріалу - поліпропілену. Складається він усього з двох частин: основної ємності і кришки, яка її герметично закриває. Для зручного кріплення батареї зовні розташовуються відбортовки.
Для досягнення необхідного напруги на висновках гальванічні елементи з'єднуються послідовно за допомогою межелементних перемичок. Послідовне з'єднання передбачає, що негативний висновок одного блоку підключається до позитивного висновку наступного блоку.
Простір усередині акумулятора заповнюється розчином сірчаної кислоти (електролітом). Рідина заповнює осередки свинцевих пластин і пори сепараторів. У конструкції старих АКБ були передбачені пробки гальванічних елементів. Вони давали можливість доливати в блоки дистильовану воду. Сучасні батареї обслуговування не вимагають.
Розряд автомобільного акумулятора
При розряді акумулятор віддає електричну енергію споживачам бортової мережі автомобіля. Хімічна енергія, накопичена в акумуляторі, перетворюється в електричну енергію. При підключенні навантаження батарея починає розряджатися, кількість води в електроліті збільшується, а сірчаної кислоти зменшується. Відбувається хімічна реакція виду:
PbO2 + 2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 + 2H2O
Заряд автомобільного акумулятора
В процесі заряду акумулятор накопичує електроенергію, яка перетворюється в хімічну реакцію. Зарядити батарею може генератор постійного струму, зовнішнє джерело енергії або випрямляч. Таким чином, автомобільний генератор починає зарядку АКБ відразу після запуску двигуна автомобіля. В сучасних електромобілях 12-вольтний акумулятор заряджається від високовольтної батареї.
Хімічна реакція заряду АКБ виглядає наступним чином:
2PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4 + Pb
Вода (H2O) і сульфат свинцю (PbSO4), який з'явився в процесі розряду, знову утворюють двоокис свинцю (PbO2), свинець (Pb) і сірчану кислоту (H2SO4). Концентрація сірчаної кислоти збільшується. Поступово відновлюється хімічна енергія, яка в подальшому буде знову перетворена в електричну.
Технічні характеристики автомобільного акумулятора
Ємність. Значення ємності характеризує здатність акумулятора віддавати електричну енергію. Розрахувати цю величину можна помноживши значення сили струму на час. Вимірюється в ампер-годинах. Ємність АКБ залежить від конструктивних параметрів (матеріалу електродів, їх товщини і якості, матеріалу сепараторів та ін.), А також від температури і щільності електроліту, ступеня зарядженості і режиму розряду батареї. Величина ємності значно знижується при низькій температурі і малої щільності електроліту.
Номінальна ємність. Ця величина відображає кількість електроенергії, яке може віддати акумулятор. Вимірюється номінальна ємність при певних умовах:
1. Акумулятор повинен бути повністю заряджений;
2. Протягом 20-годинного безперервного розряду струм за величиною повинен дорівнювати 1/20 ємності;
3. Температура електроліту близько 25 ° C;
4. Напруга на висновках не менш 10,5 В.
Номінальна ємність - важлива характеристика, за допомогою якої можна визначити параметри працюють приладів автомобіля і ін.
Струм холодної прокрутки. Значення струму холодної прокрутки визначає пускові властивості акумулятора в умовах низької температури. Це значення вимірюється при температурі -18 ° C. При цьому напруга повністю зарядженого акумулятора не стає нижче заданого значення протягом певного часу. Чим вище струм холодної прокрутки, тим легше двигун буде запускатися взимку.
Коефіцієнт заряду. Під час заряду акумулятора завжди використовується більша кількість енергії, ніж те, яке згодом батарея здатна віддати. Це відбувається через наявність втрат при нагріванні, а також супутніх хімічних реакцій. Для зарядки АКБ на 100% доведеться витратити 105% -110% електроенергії, взятої у акумулятора.
Напруга гальванічного елемента. Це значення величини напруги між позитивними і негативними висновками гальванічного елемента. Залежить більшою мірою від концентрації сірчаної кислоти в електроліті і температури. Для акумуляторів зі свинцевими пластинами напруга будь-якого гальванічного елемента має бути 2 В.
Номінальна напруга акумулятора. Стандарт встановлює номінальну напругу одного елемента акумулятора рівним 2 В. Оскільки елементи з'єднані послідовно, то напруга всієї батареї буде дорівнює сумі напруг всіх елементів. Автомобільні акумулятори мають шість гальванічних елементів. Отже, номінальна напруга буде 12 В.
Напруга на висновках. Це значення напруги, виміряного на полюсних виводах автомобільного акумулятора.
Напруга газовиділення. Це така величина зарядного напруги, при перевищенні якої в акумуляторі починає інтенсивно виділятися газ. Значення напруги газовиділення дуже сильно пов'язано з температурою. Для кожного окремо взятого гальванічного елемента воно становить 2,4 В. Отже, для всієї батареї це значення буде 14,4 В. При перевищенні цього напруги починається розкладання води, яка міститься в електроліті. Утворюється водень (H2) і кисень (O2). При змішуванні вони утворюють вибухонебезпечний газ.
Напруга холостого ходу. Напруга холостого ходу, інакше називають напругою спокою - це напруга на висновках акумулятора, коли навантаження відсутнє. Після того, як батарея зарядиться або розрядиться, напруга холостого ходу змінює своє значення. Кінцеве значення це напруга приймає тільки після того, як стабілізується щільність електроліту. Це значення і називається напругою спокою.
Втрата води. Якщо зарядний напругу перевищує значення 14,4 В, то вода, що міститься в електроліті акумулятора, починає посилено розкладатися і випаровуватися у вигляді газів. Швидкість процесу розкладання залежить від температури. Відповідно до закону Арреніуса, швидкість протікання хімічних реакцій збільшується в 2 рази при збільшенні температури на 10 ° C. Рівень електроліту знижується, вміст сірчаної кислоти в електроліті збільшується, а термін служби акумулятора зменшується. Через зниження рівня електроліту виникає можливість іскроутворення. Може статися вибух акумулятора.
Газовідвід. Для відводу газів, які утворюються в результаті хімічних реакцій, в конструкції акумулятора передбачений газовідвід. Установка газоотводного шланга дозволяє цілеспрямовано виводити газ в безпечне місце. Відведення газів може здійснюватися як з боку позитивного висновку, так і з боку негативного. Все залежить від того, де встановлений акумулятор. Деякі акумуляторні батареї мають два отвори для газовідводу, тобто на стороні кожного виведення. Одне з отворів повинно бути завжди щільно закрита. Це робиться для цілеспрямованого виведення газів через спеціальний вентиляційний шланг. Якщо закрити обидва отвори, то батарея лопне. Практично у всіх сучасних акумуляторів газовідвід здійснюється на стороні негативного висновку.
Саморозряд. Це процес, причиною якого є хімічні процеси, що відбуваються в самому акумуляторі. Саморозряд відбувається навіть в тому випадку, коли до акумулятора не підключені зовнішні споживачі. Ступінь саморазряда більшою мірою залежить від температури, а також від технології, що використовується при створенні акумулятора. Для того щоб звести саморазряд до мінімальних показників в якості матеріалу для електродів використовують сплав свинцю з кальцієм замість сплаву свинцю з сурмою. Одним з переваг сплаву свинцю з кальцієм є те, що при старінні акумулятора значення саморазряда не збільшується. Саморозряд для акумулятора складає приблизно 3% в місяць. Тобто, 0.1% в день. Згідно із законом Арреніуса коефіцієнт саморозряду збільшується в два рази при підвищенні температури на 10 ° C. Особливе значення саморазряд акумулятора має для автомобілів, які експлуатуються посезонно. Тобто, є проміжки часу, коли автомобіль не експлуатується зовсім або ж експлуатується вкрай рідко.
Написи на автомобільному акумуляторі
Оптимальні умови навантаження для автомобільного акумулятора
Оптимальною навантаженням для автомобільного акумулятора є навантаження, при якій він заряджається. Тобто, при роботі генератора відбувається харчування всіх електроспоживачів бортової мережі автомобіля, а також відбувається заряд акумулятора.
Як приклад можна розглянути рух автомобіля по заміському шосе при хороших погодних умовах з високою частотою обертання двигуна. При цьому генератор виробляє більше струму, ніж потрібно для включених електроприладів. Що залишився ток повністю йде для заряду акумулятора.
Несприятливі умови навантаження для автомобільного акумулятора
Тут як приклад можна розглянути умови, коли автомобіля рухається по місту в холодну туманну ніч. При таких умовах виробляється генератором струму недостатньо для харчування всіх електроспоживачів бортової мережі. В автомобілі можуть бути включені фари ближнього світла, протитуманні фари, підігрів сидінь, обігрів заднього скла і ін. В цьому випадку при нестачі струму, який виробляється генератором, для повноцінного харчування всіх споживачів забирається ток з акумулятора. Таким чином, при русі автомобіля акумулятор не просто не заряджається додатково, а навпаки схильний розряду.
При дуже низьких температурах навколишнього середовища погіршується здатність акумулятора приймати зарядний струм. Тому в холодну погоду часті запуски двигуна автомобіля (див. пристрій двигуна автомобіля ) При коротких поїздках вкрай негативно впливають на акумулятор.
:
Пристрій легкового автомобіля