Акб

Виды и типы автомобильных аккумуляторов

Традиционная аккумуляторная батарея со свинцовыми пластинами и раствором серной кислоты в качестве электролита относится к классу свинцово-кислотных или WET («мокрых» в зарубежной терминологии) аккумуляторов. В автомобилях такой тип аккумуляторов используется давно и пережил уже несколько этапов эволюции, связанных с трудоёмкостью технического обслуживания.

Дело в том, что в процессе циклов заряда и разряда происходит образование дополнительного количества воды, которая испаряясь, меняет плотность электролита. Кроме того химическая реакция в электролите сопровождается не только образованием сульфата свинца и воды, но и выделением газов (водорода и кислорода) и образованием паров самого электролита.

Особенно активно процесс газообразования происходит во время интенсивной езды и заряда аккумулятора большими токами – тогда говорят что АКБ «кипит».

Испарение части электролита не только меняет плотность, но и оголяет верхнюю часть пластин, ухудшая эффективность работы аккумулятора и его долговечность. Вот почему ещё в недалёком прошлом свинцово-кислотные аккумуляторы помимо контроля над уровнем заряда требовали постоянной проверки плотности и уровня электролита, а периодическое обслуживание являлось неотъемлемой частью эксплуатации.

Помимо сульфатации и испарения электролита у аккумуляторов этого типа материал пластин взаимодействует с водой, образуя окислы свинца – источники коррозии и постепенного разрушения пластин.

Совершенствование аккумуляторов предусматривало в первую очередь снижение отрицательного эффекта от этих трёх факторов, а основные пути решения проблем – в применении новых материалов.

Так, использование сурьмы для увеличения долговечности пластин было известно давно. Современные технологии позволили уменьшить процентное содержание этого элемента и за счёт этого добиться заметного снижения интенсивности «кипения». Время на обслуживание батарей значительно сокращается, и их уже называют малообслуживаемыми.

Следующий шаг к совершенствованию автомобильных аккумуляторов – использование в свинцовом сплаве кальция – позволил еще больше снизить интенсивность газообразования и повысить напряжение саморазряда. Теперь аккумуляторы можно было дольше хранить в разряженном состоянии, а процесс выкипания электролита стал играть настолько несущественную роль, что аккумуляторы перешли в класс необслуживаемые (хотя это не совсем так: зарядка АКБ – это одна из операций обслуживания).

«Необслуживаемые» аккумуляторы для легковых автомобилей уже почти не выпускаются. А вот «малообслуживаемые» (иногда их причисляют к «необслуживаемым») вполне разумно использовать на тех машинах (особенно с пробегом), в которых бортовая сеть нестабильна: эти АКБ устойчивы к перепадам нагрузки.

Промежуточное положение между малосурьмянистыми и кальциевыми аккумуляторами занимают гибридные АКБ. В них пластины положительных электродов выполняют с малым содержанием сурьмы, а отрицательные содержат кальций. Такое решение позволяет сочетать в какой-то степени достоинства обоих вариантов, но, увы, и недостатки тоже. Дело в том, что «кальциевые» аккумуляторы как раз чувствительны к перепадам бортовой сети.

Следующими важными шагами в совершенствовании автомобильных аккумуляторов стали конструкторско-технологические решения, обеспечившие переход электролита из жидкого состояния в гелеобразное. Аккумуляторы, изготовленные по технологии, предусматривающей в качестве электролита гель, а не жидкость стали называть гелевыми.

Применение геля позволило решить сразу несколько задач:

• безопасности – раствор серной кислоты чрезвычайно опасен и для человека и для окружающей среды, а вероятность утечек существует всегда;
• ориентации – гелеобразное состояние позволяет эксплуатировать аккумулятор под любым наклоном линии горизонта – электролит в нём надёжно зафиксирован;
• вибростойкости – гелиевому наполнителю не страшна тряска на ухабах – он закреплён по отношению к электродным пластинам, исключается вероятность оголения части поверхности электрода.

Одной из разновидностей гелевых (хотя по этому поводу идут терминологические споры) стали AGM аккумуляторы (AGM – аббревиатура Absorbent Glass Mat – абсорбирующий стекломатериал), названные так по соответствующей технологии. Особенность AGM в том, что между пластинами находится специальный пористый материал, удерживающий электролит и дополнительно предохраняющий пластины от осыпания.

Аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется загущённая до консистенции геля жидкость, в легковых автомобилях не применяются.

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.

Разновидности

АКБ свинцово-кислотного типа делятся по типу электролита и по назначению. Во втором случае жидкость может быть абсорбируемой, жидкой, гелеобразной. Большинство моделей бюджетного, среднего сегмента имеют жидкую среду из раствора серной кислоты.

У более дорогих моделей электролит удерживается в специальном микропористом материале. Такие аккумуляторы имеют повышенную эффективную массу, как правило, устанавливаются в трансопртном средстве с системой рекуперативного торможения или стоп-старт.

По назначению автоаккумуляторы бывают:

• Тяговые. Когда требуется обеспечить устройство постоянной энергией. Как правило, такими батареями комплектуются тягачи, электрокары, погрузчики.
• Стартерные. Используются для запуска двигателя, когда требуется краткосрочная пиковая мощность.

Подробная классификация свинцово-кислотных АКБ.

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.

Рекомендуем: Способы измерения емкости аккумулятора: какой объем у АКБ

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.

Советы по эксплуатации и обслуживанию АКБ

Чтобы аккумулятор проработал как можно дольше, нужно уделять ему совсем немного внимания. Вот несколько советов по эксплуатации автомобильного АКБ.

Глубокий разряд – враг батареи. Каждый раз, когда аккумулятор разряжается «в ноль», происходит необратимая сульфатация электродов, особенно от этого страдают кальциевые батареи. Периодически желательно полностью заряжать бат специальным зарядным устройством и ни в коем случае не допускать полной разрядки.
Второй враг – вибрация. От сильной тряски и регулярных ударов с пластин осыпается активный слой. AGM аккумуляторы меньше от этого страдают, жидкостные – больше.
Клеммы аккумулятора склонны к окислению, что ухудшает контакт

Периодически нужно обращать внимание на состояние клемм и при необходимости очищать их от окислов.
Обращайте внимание на корпус батареи. Грязь, масло, влага способствуют утечке тока и саморазряду.
Неполадки в электросети могут вывести из строя и батарею

Особенно проблемы со стартером и генератором – смежными элементами.
Вздутый корпус со следами электролита говорит о том, что пора покупать новый АКБ. Поврежденным аккумулятором пользоваться нельзя!

Что такое аккумулятор (АКБ) и для чего он нужен?

Современные автомобили всё больше становятся похожи на сложные электронные гаджеты: умное управление, всевозможные «помощники», автоматическая парковка и даже автопилот – это только небольшая часть той цифровой «начинки», которой богат автомобиль. И всё это счастье постоянно нуждается в электроэнергии, которую нужно постоянно откуда-то добывать. Именно хранилищем энергии, откуда ее можно взять в любой момент, и выступает АКБ. Да, он выполняет свою четкую функцию: накапливает заряд, затем отдает и дальше снова накапливает. Отличный вариант!

Само понятие аккумулятора нам уже настолько привычно, что глупо спрашивать, зачем он нужен. Однако на удивление мало людей могут точно сказать, для чего именно служит аккумуляторная батарея в автомобиле.

Ее назначение можно описать в трех пунктах.

1. Аккумулятор обеспечивает энергию для запуска двигателя на старте.
2. Аккумулятор служит резервным источником энергии, когда она требуется сверх того, что может дать генератор (например, при включении автомобильного кондиционера).
3. Аккумулятор питает электроприборы, когда двигатель выключен и генератор не работает. Например, видеорегистратор, сигнализацию, свет и т.д.

Как происходит зарядка аккумуляторной батарей?

Не забывайте перед уходом из автомобиля выключать все электроприборы, иначе можете прийти к авто, а аккумулятор сел. Например, включенные габариты полностью разрядят аккумулятор примерно за 30 часов.

Зарядка автомобильного аккумулятора осуществляется двумя разными способами:

1. Аккумулятор стоит непосредственно в автомобиле, двигатель работает и генератор в рабочем состоянии, зарядка идет автоматически (чем больше держите обороты, а электроприборы по возможности не включаете, тем быстрее идет зарядка).

2. Вынимается аккумулятор и берется зарядное устройство, подключаются контакты минус к минусу, плюс к плюсу. Чем меньше зарядный ток, тем больше заряда получит батарея. Только не перегибайте, а то аккумулятор не «закипит» и через «месяц». Далее читаем инструкцию зарядного устройства, т.к. сейчас зарядное устройство – это настоящий миникомпьютер с кучей кнопок и свойств. Зарядных устройств великое множество, и тяжело выделить кого либо из производителей, отличаются они друг от друга, как ценой так и свойствами (сглаживание поступающего напряжения, гашение «скачков»).

Аккумулятор считается полностью заряженным, когда электролит «закипел». В среднем зарядка идет около 8-10 часов, но время может сильно варьироваться, все зависит от изначального заряда батареи. После закипания нужно подождать минут 10-15 и отключить зарядное устройство, после чего аккумулятор считается полностью заряженным.

После зарядки аккумулятора желательно его тщательно промыть и просушить, т.к. на корпус батареи может попасть кислота или грязь. Это может привести к своевременному разряду АКБ, т.к. его корпус пропускает напряжение. Это можно легко проверить — нужно измерить напряжение крышки аккумулятора. Если оно отлично от нуля, то батарея пропускает напряжение и ее нужно промыть раствором соды. Только следите, чтобы данный раствор не попал в банки аккумулятора.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы

Первоначально стали использоваться для питания портативных приборов бытовой электроники. Последнее десятилетие литий-ионные аккумуляторы постоянно развивались в автомобильном направлении, поэтому большинство современных (произведенных в 2015- 2016 годах) и предстоящих гибридов или полностью электрических автомобилей используют в своей схеме именно их.

Не все литий-ионные аккумуляторы похожи друг на друга, основные различия, заключаются в их дополнениях. Большинство портативных устройств, таких как смартфоны, планшеты или ноутбуки используют в качестве аккумулирующего энергию элемента, Li-Ion батареи, созданные на основе оксида лития кобальта (LiCoO2), что дает им высокую плотность заряда.

LiCoO2 катоды также обладают некоторыми серьезными недостатками, они более восприимчивы к так называемому «тепловому убеганию», которое инициируется во время перезаряда или работы при высокой температуре. Другими словами, они могут буквально взорваться, когда эксплуатируется неправильно или при экстремальных нагрузках. Быть может по этой причине в автомобилестроении далеко не все производители имеют с ними дело.

Для более энергоемкого применения, в таких приборах как электроинструмент, медицинская техника и, прежде всего автомобили, существуют литий-ионные аккумуляторы сделанные на основе литий-железо фосфата (LiFePO4), оксида лития марганца (LMO) и оксида кобальта марганца лития никеля (NMC). Все они имеют несколько меньшую плотность энергии, чем LiCoO2, но и лучше в смысле безопасности и большей продолжительности жизни.

Большинство современных гибридных и электрических автомобилей используют NMC литий-ионные батареи.

Преимущества

Самое большое преимущество Li-Ion аккумуляторов состоит в лучшем соотношении энергии к весу, быстроте зарядки, у него практически отсутствует эффект памяти.

Большая удельная энергия означает, что такие аккумуляторы могут весить меньше. Этот нюанс очевидно, делает их более подходящими для использования в автомобилях, так как меньший вес увеличивает дистанцию на одной зарядке и производительность, в то же время придавая автомобилю лучшую управляемость.

Быстрота зарядки аккумуляторной батареи вещь относительная. В реальной жизни отличий между существующими (применяемыми) системами аккумуляторов вы не увидите.

Литий-ионные аккумуляторы, по-видимому меньше всего пострадали от проблемы эффекта памяти. Кратко говоря, некоторые типы батарей постепенно будут снижать свою максимальную энергоемкость с каждым циклом заряда-разряда. Обычно это происходит, когда они многократно заряжаются после того, как частично разряжаются.

В противополоденность тому, никелевые аккумуляторы больше всего страдают от так называемого эффекта памяти, при котором батарея со временем «запоминает», что она имеет меньшую энергоемкость.

Недостатки

Самым крупным недостатком литий-ионных батарей является стоимость их производства, которая значительно выше, чем при использовании других типов аккумуляторов.

По сравнению с никелевыми батареями, они на 40 процентов дороже в изготовлении. Цена издержек на производство будет вычтена из кошелька покупателя. Тем не менее, следует помнить, что производственные затраты будут постепенно уменьшаеться с течением времени для всех типов батарей.

Помимо небольшого снижения напряжения с каждым новым циклом заряда- разряда, количество энергии, которую они могут удерживать (ёмкость) не уменьшается с течением времени. В автомобилях, заявленные разработчиками жизненные циклы этих батарей составляют 10 лет. Поверим на слово, пока столь долго не тестировалась ни одна аккумуляторная Li-Ion батарея.

Таким образом, литий-ионные батареи имеют наименьшее количество недостатков по сравнению с большинством своих соперников, но они до сих пор далеки от идеального решения.

Принцип работы свинцовых аккумуляторов

Работают на реакции диоксида свинца и свинца, которая происходит в растворе серной кислоты.

Когда к электродам подключаются потребители энергии, стартует химическая реакция. Оксид свинца вступает в реакцию с серной кислотой, а свинец окисляется. Вообще, в аккумуляторе происходит шесть десятков разных химических реакций, но важны только две. Когда происходит разрядка аккумулятора, диоксид свинца восстанавливается на катоде, а на аноде происходит окисление свинца. Когда аккумулятор заряжают, происходит обратная реакция. Говоря простыми словами, все происходит ровно наоборот.

Когда аккумулятор заряжают, происходит расход раствора серной кислоты, из которого выделяется вода (так как она легче), а плотность электролита, соответственно, снижается (при зарядке опять же происходит обратный процесс). При этом кислород и водород могут выделяться из электролита в виде пузырьков, что называют «кипением».

Это не только крайне нежелательное явление, но и опасное сразу по двум причинам:

• Вода расходуется, плотность электролита повышается;
• Существует определенный риск взрыва газов.

Потери воды можно возместить доливкой новой (используют исключительно дистиллированную воду без каких-либо примесей), а при заряде снижают зарядный ток (если в самом аккумуляторе повышается напряжение). Отметим, что не у всех свинцово-кислотных аккумуляторов предусмотрена возможность доливки воды, что делает их по сути расходным устройством, так как возместить потери (которые будут в любом случае) невозможно. Конечно, если не пытаться вскрыть его самостоятельно, что делать не рекомендуется.

Утилизация свинцовых аккумуляторов

Многие в детстве выплавляли свинец из решеток разобранных аккумуляторов, которые валялись везде. Но соединения свинца токсичны, такой АКБ нельзя просто выкинуть на свалку или хранить на своем участке или в гараже и уже тем более дома. Это может привести к серьезным проблемам со здоровьем. На предприятиях, которые занимаются их переработкой, процесс выглядит следующим образом:

• Нейтрализация электролита;
• Разбор корпуса и дробление его на части;
• Разделение металлических и пластиковых элементов;
• С помощью химических соединений нейтрализуют остатки серной кислоты;
• Металл переплавляют.

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.

Устройство аккумулятора автомобиля

Из чего состоит аккумулятор автомобиля

В подавляющем большинстве легковых автомобилей работают свинцово-кислотные батареи с жидким электролитом (WET). Их устройство и конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется. Кроме того, ведутся разработки новых типов автомобильных аккумуляторов. Ниже представлена схема автомобильного аккумулятора.

Из чего состоит аккумулятор автомобиля

Для того чтобы предотвратить замыкание электродов разной полярности, они помещены в полиэтиленовые сепараторы. Электроды выполнены из свинца с различными легирующими добавками. Устройство современных АКБ часто подразумевает наличие электродов из сплава свинца с кальцием. Это позволяет снизить саморазряд и расход воды. Примером могут служить необслуживаемые аккумуляторные батареи для автомобиля.

Вообще, можно выделить следующие актуальные разновидности WET аккумуляторов:

• Малосурьмянистые (малообслуживаемые). Положительные и отрицательные электроды выполнены из сплава свинца с сурьмой (до 6%);
• Кальциевые (необслуживаемые). Электроды выполнены из сплава свинца с кальцием;
• Гибридные. Отрицательный электрод выполняется из свинца, легированного кальцием, а положительный ─ сурьмой.

Особенности конструкции разных видов автомобильных аккумуляторов

Кроме аккумуляторов WET с жидким электролитом, есть и другие виды свинцово-кислотных аккумуляторов. Это батареи AGM и GEL. Их устройство предусматривает наличие кислотного электролита в связанном состоянии. Часто эти батареи обобщённо называют гелевыми, но это не совсем так. В AGM аккумуляторах электролитом пропитан материал из стекловолокна, который прилегает к свинцовым пластинам. На изображении ниже можно посмотреть устройство AGM аккумулятора.

Схема AGM батареи

Популярность AGM растёт благодаря появлению автомобилей с системами старт-стоп и рекуперации энергии торможения. Требования к АКБ возрастают. От них требуется более высокий ток прокрутки, устойчивость к глубоким разрядам, длительный срок службы. Аккумуляторы AGM (расшифровывается, как Absorbed Glass Material) удовлетворяют требованиям современных автомобилей с большим количеством электроники на борту.

В продаже также можно встретить аккумуляторные батареи EFB или Enhanced Flooded Battery. По устройству эти АКБ можно отнести к WET батареям. Но в реальности они занимают промежуточную ступень между обычными WET и AGM аккумуляторами. В них залит жидкий кислотный электролит, а электроды имеют покрытие из микроволокна. Это обеспечивает большую аккумуляцию энергии, повышение токоотдачи и устойчивость к частым циклам заряд-разряд. Производители также рекомендуют использовать их в автомобилях с системами старт-стоп. Пока EFB и AGM не стали массовыми из-за высокой стоимости. Поэтому в большинстве машин используются аккумуляторы типа WET.

Есть батареи, устройство которых предусматривает наличие пламегасителей. Эти приспособления обеспечивают отсекание пламени от внутреннего пространства аккумулятора при воспламенении газов. По своей конструкции пламегасители являются мембранами.
Аккумулятор подключается к автомобилю с помощью выводов из свинца. Положительного и отрицательного. Они выполняются разной толщины и маркируются соответствующим образом, чтобы не допустить ошибку при подключении.

Выводы автомобильного аккумулятора

полярность аккумулятора автомобиля

Крепление аккумулятора в подкапотном пространстве выполняется двумя основными способами:

• скобой за выступ корпуса АКБ. Такое крепление используется для аккумуляторов европейского типоразмера;
• при помощи рамки. Применяется в случае с батареями азиатского типоразмера.

Есть ещё АКБ американского типоразмера с боковым креплением клемм, но в нашей стране они практически не используются. Подробнее о типоразмерах и весе аккумуляторных батарей.

Классическая АКБ

До сегодняшнего дня широко применяются три вида электроаккумуляторов:

• свинцово-кислотный аккумулятор — дата его создания начало ХХ столетия и на сегодня устройство аккумуляторной батареи автомобиля не изменилось;
• с литиево-ионным аккумулятором автолюбители познакомились не так давно (около 15 лет назад) его конструкцию и скорость завоевания рынка называют революционной, впрочем, как и постоянное ее усовершенствование;
• железо-никелевый аккумулятор безламельного типа тоже появился недавно, но его производственные затраты и конечная потребительская стоимость оказались слишком высоки, поэтому со временем он был вытеснен с рынка.

Свое долголетие свинцово-кислотная АКБ обеспечивает абсолютным лидерством ДВС. То, как устроен автомобильный аккумулятор максимально соответствует требованиям безопасности к источнику электрической энергии, который обеспечивает кратковременную выдачу ее с громадной силой, требуемой при старте силового агрегата машины. Другие типы аккумуляторных батарей, имея гораздо высокие значения ёмкости или не выдерживали такие мощные нагрузки, или технологии, используемые при производстве, был слишком сложными и дорогостоящими.

Похожие записи:

Видео тест-драйв хонда фит 2021 2022 года Схема проводки стеклоподъемников ваз 2110 Обзор нового ds 7 crossback e-tense 4×4 2020-2021 модельного года Хендай ix35 2021: европейский вариант передне- или полноприводного корейского кроссовера Топ 10 лучших автомобильных аккумуляторов 10 лучших кондиционеров для кожи автомобиля в 2021-2022 году