Аккумулятор автомобиля – автономный источник питания, используемый для запуска двигателя, питания внутренней электросети. АКБ накапливает энергию от генератора при работе силового агрегата, отдаёт её при необходимости.
Основным принципом работы автомобильной АКБ является преобразование химической и электрической энергий.
Общие сведения
Основная функция аккумулятора – подавать электричество на свечи зажигания для запуска двигателя. Также работает как стабилизатор напряжения и дополнительного источника питания для электрических приборов при выключенном двигателе.
Аккумулятор — электрохимический прибор, он не хранит электрическую энергию, а производит ее в результате реакции химических элементов. Два разнородных металла в виде пластин помещаются в кислотную среду. При подключении потребителей электроэнергии, между пластинами возникает разность потенциалов, и вырабатывается электрический ток.
Аккумуляторы
Основная функция аккумулятора – подавать электричество на свечи зажигания для запуска двигателя. Также он работает как стабилизатор напряжения и дополнительного источника питания для электрических приборов при выключенном двигателе. Количество электроэнергии, которую аккумулятор производит — ограничено.
Особенности конструкций
Аккумуляторные батареи могут существенно отличаться друг от друга. К особенностям конструкции АКБ можно отнести:
- Размер аккумулятора.
- Состав металлического сплава пластин.
- Вид электролита.
- Расположение электрических выводов на корпусе.
От размера пластин и количества электролита в каждой банке будет зависеть ёмкость АКБ, поэтому изделия, устанавливаемые для запуска дизельных установок грузовых автомобилей, могут в несколько раз превышать по массе и объёму батареи для легковых авто.
От вида свинцового сплава будет зависеть внутреннее электрическое сопротивление батареи и устойчивость элемента к воздействию агрессивной среды. Также состав металла будет влиять на интенсивность испарения влаги, поэтому для необслуживаемых моделей пластины изготавливаются из легированного кальцием свинца.
От вида электролита, применяемого в банках аккумулятора, также зависит большое количество параметров батареи. Жидкий раствор замерзает при низких температурах воздуха, а при кипении приводит к испарению воды, поэтому замена его на гель позволяет существенно увеличить ресурс изделий. Гелевые аккумуляторы значительно лучше переносят глубокий разряд, что позволяет использовать их не только в качестве пусковых устройств, но и для питания силовых электрических установок.
Аккумуляторы могут отличаться и по расположению клемм на корпусе. Этот параметр следует обязательно учитывать при подборе новой АКБ, иначе потребуется удлинять плюсовой провод автомобиля, подключаемый к источнику питания.
Назначение:
• Двигатель не работает. Подает электрический ток на источники света, радио и другие электрические системы.
• Двигатель заводится. Электрический ток от аккумулятора подается на свечи зажигания, чтобы запустить двигатель.
• Двигатель запущен. Аккумулятор действует как стабилизатор напряжения, когда генератор выдает напряжение больше требуемого. В случае, когда генератор не справляется с нагрузкой, аккумулятор восполняет недостаток напряжения и используется как альтернативный источник питания для электрических приборов.
Области применения
Аккумуляторы используют фактически во всех сферах. Рассматривая области использования с привязкой по типу аккумуляторной батареи, выстраивается следующая классификация:
- литий-ионный: транспорт, солнечные электростанции, резервные источники питания, телекоммуникации,powerbank-и, электромобили, строительный инструмент;
- никель-солевые: телекоммуникации, альтернативная энергетика, автомобильный, железнодорожный транспорт, системы накопления энергии;
- никель-цинковый: фотоаппараты, игрушки, часы, мелкие бытовые приборы, техника;
- свинцово-кислотные: бытовая техника, источники бесперебойного питания, транспорт, промышленность;
- никель-металлогидридные: дефибрилляторы, электромобили, осветительные приборы, радиоаппаратура.
В продаже представлены десятки типов аккумуляторных батарей с разными характеристиками. Каждая оптимизирована для определённых задач, обеспечения питания с различной интенсивностью.
Устройство аккумулятора
1.Корпус: ёмкость, в которой находятся все элементы аккумулятора. В основном корпус изготавливается из термостойкого и ударопрочного полипропилена. Иногда корпус делают полупрозрачным, чтобы проверять уровень электролита без снятия крышки и вентиляционных колпачков. 2.Крышка: закрывает верхнюю часть корпуса. Имеет выходы для клемм, вентиляционные отверстия для отвода газов и обслуживания батарей — проверки электролита и добавления воды. 3. Пластины: ток создается реакцией химических элементов пластин двух видов: положительной и отрицательной. Металл в виде пасты наносится на решетчатый каркас. Чтобы произвести напряжение нужной величины, в аккумуляторе устанавливают поочередно несколько решеток разной полярности. Решетки разделены сепараторами. Положительные пластины состоят из диоксида свинца и имеют темно-коричневый цвет. Отрицательные пластины состоят из чистого пористого свинца, который также называется губчатым свинцом, и имеют серый цвет. 4. Сепараторы: тонкие пористые изоляторы, которые помещаются между решетками положительных и отрицательных пластин. Сепараторы не дают соприкасаться решеткам, тем самым предотвращают короткое замыкание. Сепараторы изготавливаются из бумаги с полимерным покрытием, пористой резины, стекловолокна или вспененного пластика. 5. Ячейки или банки: пластины и сепараторы образуют ячейку, которая является 2,1-вольтовой батареей. Ячейки также называют банками. Обычно аккумуляторы содержат 4 положительных и 5 отрицательных пластин на одну ячейку, но в некоторых новых аккумуляторах число пластин одинаково. В аккумуляторе на 12 Вольт располагается 6 последовательно соединенных ячеек, которые производят 6 × 2,1=12,6 Вольт. 6. Клеммы: металлические клеммы располагаются на крышке корпуса. К ним присоединяются кабели, которые подключают аккумулятор через положительную клемму к электрической системе автомобиля и к земле через отрицательную. 7. Электролит: пластины помещаются в электролит — смесь серной кислоты и дистиллированной воды. Полностью заряженная батарея будет содержать около 36% кислоты и 64% воды. Вещества электролита химически реагирует с активными веществами пластин, при этом создается электрический ток. При разряде количество серной кислоты в растворе уменьшается, а воды увеличивается. При заряде, количество серной кислоты восстанавливается до прежнего уровня.
Параметры АКБ
Стандартная аккумуляторная батарея, предназначенная для установки на легковой автомобиль, выдаёт напряжение номиналом 12 В – именно на это значение и ориентировано большинство потребителей электроэнергии. Грузовые авто малой грузоподъёмности также используют 12-вольтовые батареи, а вот для большегрузного транспорта этого недостаточно – там используют 24-вольтовые АКБ (если быть более точным, то две 12-вольтовые, соединённые последовательно).
Каждый аккумулятор, независимо от типа, характеризуется несколькими базовыми параметрами:
- ёмкостью;
- напряжением;
- током холодного пуска.
Именно эти характеристики обычно указываются на маркировке аккумулятора. Давайте вкратце пройдёмся по всем трём указанным параметрам.
Под ёмкостью батареи понимают количество энергии, выраженной в амперах, которую полностью заряженная и исправная АКБ способна отдать на протяжении 20 часов. Так, 60-амперная батарея будет в час отдавать 3 ампера, 55-амперная – 2,75 А.
Резервная ёмкость – параметр, который указывается редко, но имеет большое практическое значение. Он измеряется в минутах и указывает, сколько времени аккумулятор может замещать генератор. Так, при совокупной нагрузке 25 А резервная ёмкость должна составлять порядка 90 минут, на протяжении которых напряжение на клеммах упадёт до 10,4-10,5 В.
Номинал напряжения – это суммарное значение разницы потенциалов всех аккумуляторов, входящих в состав батареи (у автомобильной АКБ их обычно 6). Для легкового автомобиля это значение составляет 12 вольт.
Ток холодного пуска (прокрутки) представляет собой величину тока, требующуюся для пуска силового агрегата при отрицательных температурах. Измеряется при следующих условиях:
- температура: -18ºС;
- время работы: 10 секунд;
- выходное напряжение: 7,5 В.
Чем больше величина тока холодного пуска, тем легче будет происходить пуск двигателя в зимнее время.
Срок эксплуатации и циклы заряд-разряд.
Срок эксплуатации аккумулятора определяется количеством циклов заряд-разряд, а не временем. Единого срока эксплуатации аккумуляторов нет, производители указывают срок эксплуатации, исходя из технических характеристик конкретно этой модели аккумулятора. Этот показатель зависит от условий эксплуатаций: чем глубже разряжается батарея, тем меньше циклов возможно воспроизвести.
Характеристики циклов заряд-разряд приводятся до момента сохранения 60% изначальной емкости. Например, производитель приводит количество циклов 600 при 60% разряде. Значит, через 600 идеальных циклов заряд-разряд (т.е. при температуре 20С) полезная емкость аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.
Для AGM аккумуляторов срок службы обычно указывается 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц — около 8.
Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов варьируется от 300 до 3000 циклов.
Рекомендуется не превышать степень обычного разряда аккумулятора более чем на 20-30%, а глубокого – на 70%.
Виды
Для бытовых устройств, инструмента в продаже предлагается несколько типов АКБ, они отличаются по используемому в банках материалу:
Никель-кадмиевые
Перезаряжаемый источник питания способен выдержать несколько сотен зарядов-разрядов, устойчив к экстремальным температурам, имеет большой допустимый ток разряда. Среди достоинств – длительная эксплуатация и цена. При этом Ni-Cd обладает низкой ёмкостью, быстро саморазряжается. Основная область применения: авиация, электрокары, суда, бытовые приборы.
Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают «эффектом памяти» – со временем полезная ёмкость снижается, для сброса требуется полная разрядка с последующей зарядкой пониженным током. АКБ чувствительны к качеству используемого зарядного устройства.
Литий-ионные
Литий-ионные аккумуляторные батареи.
Долгое время у учёных не получалось создать безопасный аккумулятор. Только в 1992 году появились первые безопасные образцы. Li-Ion-батарея обладает высокой плотностью, поэтому при аналогичных размерах, имеет в 2-4 раза большую ёмкость, чем свинцово-кислотные аналоги. Ещё одно преимущество – скорость зарядки. Используя штатное зарядное устройство можно полностью восполнить ёмкость за 1-2 часа.
Литий-ионные аккумуляторы востребованы в компактных, высокотехнологичных приборах, устройствах: смартфонах, ноутбуках, радиостанциях. Размеры, цена, безопасная эксплуатация сделали Li-Ion-батареи популярными и у производителей, и у потребителей.
Литий-полимерные
В химической реакции вместо жидкости используется полимерный электролит, занимающий значительно меньше места. Отсутствие жидкости или геля позволяет создавать батареи любой формы. Основная проблема – плохая проводимость при комнатной температуре. Поэтому для нормальной работы таких батарей производители добавляют немного геля, повышая проводимость тока. Данная технология пока только входит в массы. Текущая проблема – высокая себестоимость, не позволяющая устанавливать такие АКБ на недорогих гаджетах.
Признаки неисправной батареи:
• Преждевременное снижение уровня электролита. Означает, что пластины сульфатируются, и во время зарядки вода в электролите превращается в отдельные газы водорода и кислорода.
• Чрезмерная коррозия кабелей или соединений аккумуляторной батареи. Коррозия более вероятна, если батарея сульфатирована. Когда батарея заряжается, кислотные пары вытесняются из вентиляционных отверстий и оседают на кабелях аккумулятора, иногда на отсек под аккумулятором.
• Двигатель работает медленней нормального режима. Когда емкость батареи снижается из-за износа или повреждения, аккумулятор не может обеспечить необходимый ток для запуска двигателя, особенно в холодную погоду.
Трудности выбора
Выбор аккумулятора – непростое дело. На первый взгляд может показаться, что это совсем простое устройство
Но на деле получается, что у него полно характеристик, имеющих важное значение. Но не стоит впадать в отчаяние
Вам по большому счету нужно определиться с типоразмером АКБ, видом, ёмкостью и пусковым током. В принципе все эти параметры вы можете узнать осмотреть свой старый аккумулятор.
Ёмкость и пусковой ток, как правило, написаны большими буквами на видном месте. К примеру, 55 А-ч 450 Ампер. Это и есть они. Выше приводилась таблица с ёмкостью в зависимости от транспортного средства. По ней может дополнительно сориентироваться. Также в статье приводились размеры отечественных, европейских и азиатских аккумуляторов, по которым вы можете понять, к какому типу относится ваша батарея. На российском рынке продаются в основном только эти АКБ.
Аккумуляторный журнал и организация работы
При использовании парка электропогрузчиков целесообразно закреплять за каждым погрузчиком свои АКБ. Для этого их нумеруют: 1а, 1б, 2а, 2б и т. д. (батареи с одинаковым номером используются на одном и том же погрузчике). После этого заводят журнал, в котором о каждой АКБ ежедневно отражается информация, проиллюстрированная на примере.
Пример 1
| Номер батареи | Установлена на погрузчик | Поставлена на заряд | |||||
| Дата | Время | Плотность (средняя по трем элементам выборочно) | Показания счетчика, машино-ч | Дата | Время | Плотность (средняя по трем элементам выборочно) | Показания счетчика, машино-ч |
| 1а | |||||||
| 1б | |||||||
| 2а | |||||||
| и т.д. |
Таким образом, с помощью данного мероприятия можно избежать использования недозаряженных батарей, а также спрогнозировать и спланировать замену АКБ до полного выхода ее из строя. Помимо этого по каждой батарее целесообразно вести еще один журнал, в котором раз в месяц отражается информация о батарее, перечисленная в примере 2. Эти данные являются основным источником информации для сервисной службы, поэтому зачастую ведение такого журнала является обязательным условием гарантийного обслуживания. За все аккумуляторное хозяйство должен быть ответственен один или два (в случае двухсменной работы) человека. В их обязанности по данной зоне ответственности должны входить прием и выдача АКБ, их обслуживание и заряд, ведение аккумуляторных журналов, прогнозирование выхода АКБ из строя.
