Добавить сайт в закладки

Механизм работы аккумулятора

Аккумуляторы - это химические источники тока с обрати­мым процессом: они могут отдавать энергию, преобразуя хими­ческую энергию в электрическую, или накапливать энергию, преобразуя электрическую энергию в химическую. Та­ким образом, аккумулятор попеременно то разряжается, отдавая электрическую энергию, то заряжается от какого-либо соответствующего источника постоянного тока.

Аккумуляторы, в зависимости от применяемого в них электро­лита, подразделяются на кислотные и щелочные. Кроме того, аккумуляторы различаются, в зависимости от материала электродов. Широкое применение имеют лишь свинцовые, кадмиево-никелевые, железо-никелевые и серебряно-цинковые акку­муляторы.

Емкость аккумулятора определяется количеством электри­чества q p , которое он может отдать при разряде в питаемую цепь.

Это количество электричества измеряется не в кулонах, а в более крупных единицах - ампер-часах (а-ч). 1 а-ч = 3600 кл. Но для заряда аккумулятора требуется большее количество электричества q 3 , чем отдаваемое при разряде. Отношение q p: q 3 =n e называется отдачей аккумулятора по емкости.

Напряжение, необходимое для заряда аккумулятора, значи­тельно выше того напряжения на зажимах аккумулятора, при котором он отдает длительно разрядный ток.

Важной характеристикой аккумулятора являются его средние зарядное и разрядное напряжения.

Ясно, что из-за ряда потерь энергии аккумулятор отдает при разряде значительно меньшее количество энергии W p , чем полу­чает при заряде. Отношение W p: W 3 = n есть коэффициент полезного действия или отдача по энергии аккумулятора.

Наконец, весьма важной для характеристики аккумулятора величиной является его удельная э н е р г и я, т. е. количество энергии, отдаваемой при разряде, приходящееся на 1 кг веса аккумулятора. Особенно существенно, чтобы удельная энергия была возможно больше у нестационарных аккумуляторов, уста­навливаемых, например, на самолетах. В подобных случаях обычно она важнее, чем коэффициент полезного действия и от­дача по емкости.

Следует иметь в виду, что при медленном разряде процесс в аккумуляторе протекает равномерно во всей массе пластин, бла­годаря чему при длительном разряде малым током емкость акку­мулятора больше, чем при кратковременном разряде большим током. При быстром разряде процесс в массе пластин отстает от процесса на их поверхности, что вызывает внутренние токи и уменьшение отдачи.

Напряжение аккумулятора существенно изменяется во время разряда. Желательно, чтобы оно было возможно более постоян­ным. В расчетах обычно указывается среднее разрядное напря­жение U p . Но для заряда аккумулятора нужен источник тока, дающий значительно большее зарядное напряжение U з (на 25- 40%). В противном случае невозможно зарядить аккумулятор полностью.

Если напряжение одного аккумуляторного элемента недоста­точно для данной установки, то необходимое число аккумулятор­ных элементов соединяется последовательно. Конечно, последо­вательно соединять можно только аккумуляторы, рассчитанные на одну и ту же разрядную силу тока.

Если разрядный ток одного элемента недостаточен, то приме­няется параллельное соединение нескольких одинаковых элемен­тов.

Из числа кислотных аккумуляторов практическое значение имеют лишь свинцовые аккумуляторы. В них на положительном электроде активным веществом служит двуокись свинца РЬ0 2 , на отрицательном электроде - губчатый свинец РЬ. Положительные пластины имеют бурый цвет, отрицатель­ные- серый, в качестве электролита применяется раствор сер­ной кислоты H 2 S0 4 с с удельным весом 1,18-1,29.

Химический процесс разряда и заряда свинцового аккумуля­тора относительно сложен. В основном он сводится к восстановлению свинца на положительном электроде и окислению губча­того свинца на отрицательном электроде в закисную соль серной кислоты. При этом образуется вода и, следовательно, плотность электролита уменьшается. При разря­де сначала напряжение аккумулятора быстро падает до 1,95 В, а затем медленно понижается до 1,8 В. После чего необходимо прекратить разряд.

При дальнейшем разряде имеет место необратимый процесс образования кристаллического сернокислого свинца PbS 4 . По­следний покрывает пластины белым налетом. Он обладает боль­шим удельным сопротивлением и почти не растворим в электро­лите. Слой сернокислого свинца увеличивает внутреннее сопро­тивление активной массы пластин. Такой процесс называется сульфатацией пластин.

При заряде аккумулятора процесс идет в обратном направ­лении: на отрицательном электроде восстанавливается металли­ческий свинец, а на положительном электроде свинец окисляется до двуокиси РЬ0 2 . Ион S0 4 переходит в электролит, поэтому плотность серной кислоты при заряде увеличивается, следова­тельно, возрастает и удельный вес электролита. Для измерения удельного веса электролита применяется специальный арео­метр. По его показаниям можно ориентировочно судить, в какой мере аккумулятор заряжен. Среднее разрядное напряжение свинцового аккумулятора 1,98 В, а среднее зарядное напряжение 2,4 В.

Внутреннее сопротивление r B н свинцовых аккумуляторов, бла­годаря малому расстоянию между пластинами и большой пло­щади их соприкосновения с электролитом, весьма мало: порядка тысячных долей ома у стационарных аккумуляторов и сотых до­лей у небольших переносных аккумуляторов.

Вследствие малого внутреннего сопротивления и относительно большого напряжения КПД этих аккумуляторов достигает 70- 80 %, а отдача - 0,85-0,95 %.

Однако из-за малого внутреннего сопротивления в свинцовых аккумуляторах при коротких замыканиях возникают токи очень большой силы, что приводит к короблению и распаду пластин.

Из числа щелочных аккумуляторов широкое при­менение в настоящее время имеют кадмиево-никелевые, железо- никелевые и серебряно-цинковые. Во всех этих аккумуляторах электролитом служит щелочь - примерно двухпроцентный ра­створ едкого калия КОН или едкого натра NaOH. При заряде и разряде этот электролит почти не претерпевает изменений. Сле­довательно, от его количества емкость аккумулятора не зависит. Это дает возможность свести к минимуму количество электроли­та во всех щелочных аккумуляторах и таким путем существенно их облегчить.

Остовы положительной и отрицательной пластин этих акку­муляторов делаются из стальных никелированных рамок с пакетами для активной массы. Благодаря такой конструкции активная масса прочно удерживается в пластинах и не выпадает при толчках.

В кадмиево-никелевом КН аккумуляторе ак­тивным веществом положительного электрода служат окислы никеля, смешанные для увеличения электропроводности с графи­том; активным веществом отрицательного электрода является губчатый металлический кадмий Cd. При разряде на положи­тельном электроде расходуется часть активного кислорода, со­держащегося в окислах никеля, а на отрицательном электроде окисляется металлический кадмий. При заряде обратно обога­щается кислородом положительный электрод: гидрат закиси никеля Ni(OH) 2 переходит в гидрат окиси никеля Ni(OH) 3. На отрицательном электроде гидрат закиси кадмия восстанавли­вается в чистый кадмий. Приближенно процесс в этом аккумуля­торе может быть выражен химической формулой:

2Ni (ОН) 3 + 2КОН + Cd ? ? 2Ni (ОН) 2 + 2КОН + Cd (ОН) 2 .

Как показывает формула, из электролита при разряде выде­ляется частица (ОН) 2 на отрицательной пластине и такая же частица переходит в электролит на положительной пластине. При заряде процесс идет в обратном направлении, но в обоих случаях электролит не изменяется.

Устройство железо-никелевого аккумулятора отличается лишь тем, что в нем в отрицательных пластинах кадмий заменен мелким порошком железа (Fe). Химический процесс этого аккумулятора можно просле­дить по вышеприведенному для кадмиево-никелевого аккумуля­тора уравнению путем замены Cd на Fe.

Применение железа вместо кадмия удешевляет аккумуля­тор, делает его более прочным механически и увеличивает срок его службы. Но с другой сторо­ны, у железо-никелевого акку­мулятора при том же примерно разрядном напряжении зарядное напряжение на 0,2 В выше, вследствие чего КПД этого аккумулятора ни­же, чем кадмиево-никелевого. Затем очень важным недостат­ком железо-никелевого аккуму­лятора является относительно быстрый саморазряд. У кадмиево-никелевого аккумулятора саморазряд мал, и поэтому ему отдается предпочтение в тех случаях, когда аккумулятор должен длительно находиться в заряженном со­стоянии, например для питания радиоустановок. Среднее разрядное напряже­ние обоих этих аккумуляторов равно 1,2 В.

Герметически закрытые сосуды вышеописанных щелочных аккумуляторов выполняются из листовой никелированной стали. Болты, через которые пласти­ны аккумуляторов соединяются с внешней целью, пропускаются через отвер­стия в крышке сосуда, причем болт, с которым соединены отрицательные пла­стины, тщательно изолирован от стального корпуса; но болт, соединенный с положительными пластинами, от корпуса не изолируется.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов значи­тельно больше, чем кислотных, благодаря этому они лучше пере­носят короткие замыкания. Но по той же причине КПД щелоч­ных аккумуляторов (порядка 45%) значительно ниже, чем кис­лотных, также существенно меньше их удельная энергия и отда­ча по емкости (0,65). Так как состояние электролита у щелочных аккумуляторов при работе не изменяется, то определить их степень заряженности по внешним признакам нельзя. Вследствие чего за зарядом приходится следить на основании их емкости и напряжения. При заряде нужно сообщить аккумулятору количество электричества It=q значительно большее, чем его емкость, примерно в 1,5 раза. Например, аккумулятор емкостью 100 а-ч желательно заряжать током силой в 10 а в течение 15 час.

Серебряно-цинковые аккумуляторы являются новей­шими из числа современных аккумуляторов. Электролитом в них служит вод­ный раствор едкого калия КОН с удельным весом 1,4, с активным веществом положительного электрода (окисью серебра Ag 2 0) и отрицательного электро­да (цинком Zn). Электроды изготавливаются в виде пористых пластин и отделяют­ся друг от друга пленочной перегородкой.

При разряде аккумулятора окись серебра восстанавливается до металли­ческого серебра, а металлический цинк окисляется до окиси цинка ZnO. Об­ратный процесс происходит при заряде аккумулятора. Основная химическая реакция выражается формулой

Ag s O + КОН + Zn ? ? 2Ag + КОН + ZnO.

http://сайт/www.youtube.com/watch?v=0jbnDTRtywE
Устойчивое разрядное напряжение составляет около 1,5 В. При небольших токах разряда это напряжение почти не изменяется в течение примерно 75- 80% времени работы аккумулятора. Затем оно довольно быстро падает, и при напряжении 1 в разряд следует прекращать.

Внутреннее сопротивление серебряно-цинковых аккумуляторов сущест­венно меньше, чем остальных щелочных аккумуляторов. При равной емкости первые значительно легче. Они удовлетворительно работают как при пониженной (-50° С), так и при повышенной (+ 75° С) температурах. Наконец, они допускают большие разрядные токи. Например, некоторые типы таких акку­муляторов можно разогреть током короткого замыкания в течение одной минуты.

Выше изложены только основные сведения по аккумуляторам. При практической работе с аккумуляторами, в особенности со свинцовыми, необходимо тщательно выполнять соответствующие заводские инструкции. Нарушение их вызывает быстрое разрушение аккумуляторов.

Приветствую вас друзья на сайте по ремонту автомобилей своими руками. Аккумулятор уже давно стал частью нашей жизни и ключевым элементом большинства механизмов, устройств и агрегатов.

Не исключением являются и автомобили, которые без аккумулятора сложно, а иногда и вовсе невозможно завести. Вот почему каждый автолюбитель должен представлять себе устройство аккумулятора, его принцип действия и основные параметры.

Назначение аккумуляторной батареии

Применительно к автомобилям АКБ — устройство, которое накапливает энергию и отдает ее различным потребителям при остановленном двигателе.

Главное назначение аккумулятора — питание всех видов нагрузки (фар, магнитолы, печки), а также стартера автомобиля, необходимого для пуска мотора. АКБ незаменим в том случае, когда не работает генератор. Как проверить диодный мост генератора .

Но это еще не все. Аккумулятор дополняет генератор, когда последний не в состоянии справиться с нагрузкой. Такое возможно в плотном транспортном потоке, когда вырабатываемой энергии генератора недостаточно для питания основных устройств.

АКБ спасает и при выходе основного источника питания из строя. Конечно, далеко на нем не уедешь, но до станции технического обслуживания вполне добраться возможно.

В свою очередь, генератор выступает в роли зарядного устройства для аккумулятора. Во время движения АКБ может не только принимать заряд, но и отдавать его.

Принцип действия аккумулятора

Сегодня есть множество разных АКБ, которые отличаются конструкцией и принципом действия. Так, к наиболее популярным устройствам можно отнести:

Щелочные железо-никелевые;

свинцово-кислотные;

серебряно-цинковые;

никель-кадмиевые.

Из перечисленных выше наибольшую популярность получили аккумуляторы со свинцово-кислотными «внутренностями». На втором месте по популярности — аккумуляторы с никелем и железом внутри. Что касается серебряно-цинковых устройств, то они почти не применяются. Причина — высокая стоимость и небольшой срок службы.

Работа АКБ основана на ключевом принципе — преобразовании одного вида энергии в другой:

1. В процессе зарядки — электрический вид энергии преобразуется в химическую.

2. Когда происходит разряд — химический вид энергии становится энергией электрической.

Работает АКБ циклично по принципу регулярного заряда и разряда. В момент подключения нагрузки начинается процесс разряда.

При этом положительные электроды (диоксид свинца) и отрицательные (свинец губчатого типа) вступают в химическую реакцию с жидкостью внутри аккумулятора (электролитом). В итоге получается два вещества — обычная вода и сульфат свинца. В этот момент происходит падение плотности электролита.

Заряжаться АКБ может двумя способами — от генератора и от внешнего зарядного устройства . Принцип зарядки прост. При подаче внешнего напряжения и протекании тока сульфат свинца в комплексе с водой превращается в свинец, серную кислоту и основной элемент — двуокись свинца.

Важный момент — напряжения заряда батареи. При завышенном показателе есть риск разложения жидкости и «выжигания» электролита. Заниженное напряжение, наоборот, может стать причиной неполной зарядки. Как следствие , время службы источника питания уменьшается .

Работа АКБ во многом зависит от условий работы (уровня температуры), Если последняя растет, то повышается и отдаваемая мощность. Одновременно с этим начинается коррозия электродов и саморазряд. Если же температура падает, то разрядная емкость снижается, химические процессы замедляются, уменьшается плотность жидкости внутри АКБ.

Даже при отсутствии подключенных к АКБ приемников процесс разряда не останавливается (устройство переходит в режим саморазряда). Величина последнего зависит от нескольких факторов — конструктивной особенности источника питания, окружающего воздуха и прочих аспектов.

Общий срок службы АКБ — 3-5 лет. Но здесь все зависит от целой группы факторов — режима эксплуатации, качества аккумулятора, особенностей его хранения и так далее. В свою очередь, производители постоянно работают над улучшением качества своего товара и повышением срока его службы.

Из наиболее полезных изменений можно выделить:

• Применение двух АКБ одновременно (одна — для пуска, а вторая — для питания потребителей);
• установка системы управления, обеспечивающей контроль потребителей;
• конструктивная оптимизация. В частности, последнее время активно внедряются такие технологии, как EFB, AGM и прочие.

Щелочные аккумуляторы

Устройство щелочного аккумулятора может различаться в зависимости от типа:

1. Никель-железные — устройства, имеющие прямоугольную форму. В качестве материала для изготовления крышки и дна используется сталь. На внешней части корпуса находится определенный слой никеля (отсюда и название).

Во внутренней части располжены блоки отрицательных и положительных пластиков. «Минусовых» пластин больше на одну штуку. Это делается специально, чтобы «окружить» с двух сторон «плюсовые» пластины.

Конструктивно описанные выше пластины имею одинаковый вид — они изготовлены из стальных ламелей, на которые нанесен слой никеля. Внутрь данных ламелей впрессовывается активная масса.

Ламели связаны между собой, закреплены ребрами (к последним приваривается контактная пластина), объединяются в замок и фиксируются с двух сторон ребер. К последним надежно приварена пластина со специальным отверстием под шпильку.

Блоки пластин которые состоят из положительных и отрицательных, не только не соприкасаются друг с другом, но и со стенками корпуса.
В роли изолирующего вещества выступает листовый эбонит.

У каждого блока есть по паре выходов, которые находятся на внешней части АКБ, Для более простой идентификации на крышке указывается полярность (как правило, только «плюс»).

Электролит в АКБ может заливаться через специальную горловину, на которой установлена крышка со специальным клапаном для выпуска лишних газов.

2. Никель-кадмиевые АКБ по своему устройству почти полностью повторяют описанных выше собратьев. В частности, месторасположение электродов, а также объем активного материала не отличается.

Если рассматривать источник питания в собранном виде, то по краям находятся положительные пластины. Между «плюсовыми» и «минусовыми» пластинами установлены сепараторы.

Блок готовится отдельно, а после вставляется в аккумулятор . На верхней части крышки есть специальные отверстия для заливки электролита.

Одним из наиболее популярных, надежных и простых в обслуживании является свинцово-кислотный аккумулятор. Он состоит из нескольких ячеек и группы электродов, которые находятся в одной смеси (электролите).

Электроды представляют собой специальные решетки, изготовленные из свинца, но имеющие разные активные элементы. В «плюсовых» решетках используется диоксид свинца, а в «минусовых» — чистый свинец.

Особенность таких аккумуляторов — устойчивость к морозам, минимальная скорость саморазряда, способность выдерживать большой цикл заряда-разряда, надежность и так далее.

В последнее время устройство свинцово-кислотного аккумулятора и прочих видов источников питания мало интересует автолюбителей. Причина — появление в продаже необслуживаемых АКБ, которые много проще в обслуживании.

Их преимущества — надежность, доступность по цене, отсутствие необходимости обслуживания. Минус — небольшой срок эксплуатации (3-5 лет). Удачи на дорогах и конечно же без поломок.

Недавно я писал статью – , вам статья понравилась много положительных отзывов (за что вам спасибо), лайков и просмотров. Как обычно это бывает, посыпалось много дополнительных вопросов и особенно много от новичков. Многие задают – а как вообще работает батарея автомобиля? Какой принцип действия и для чего она вообще нужна? Конечно, вопросов гораздо больше (я их ВСЕ постараюсь осветить немного позже), но первым отвечу новичкам, причем эта информация как я считаю ключевая – дает понимание об электропитании машины. Опять же расскажу простым и доступным языком, так что читайте …

Что и говорить, аккумулятор (иногда буду сокращать АКБ – аккумуляторная батарея) это электрическое сердце наших авто. Сейчас с компьютеризацией машин его роль становится все значимее. Однако если вспомнить основные функции, то их можно выделить всего три:

• При выключенном состоянии питание электрических цепей нужных для авто, например бортовой компьютер, сигнализация, часы, настройки (как приборной панели, так, даже и сидений, ведь они на многих иномарках регулируются электричеством).
• Запуск двигателя. Основная задача – без батареи вы не запустите мотор.
• При больших нагрузках, когда генератор не справляется, подключается аккумулятор и отдает накопившуюся в нем энергию (но такое бывает крайне редко), если только генератор уже на последнем вздохе.

С функциями определились – теперь давайте вспомним устройство, как и из чего он состоит.

Устройство аккумулятора автомобиля

Знаете, первая свинцовая батарея появилась еще в 1859 году (изобрел француз Гастон Плантэ). И за свои полторы сотни лет она мало в чем изменилась. Правда, для аккумулятора машины используют несколько подключенных последовательно элементов.

ИТАК : Автомобильная батарея (АКБ) обычно состоит из 6 последовательно подключенных элементов. Каждый элемент считается независимым, то есть если его отключить он будет работать автономно – выдавая примерно 2,1 — 2,2В. Если представить одну ячейку в разрезе это будет – плоская и прямоугольная, герметичная «банка» — именно так ее называют. Как вы догадались если 2,1В умножить на «6», то получится 6 Х 2,1 = 12,6В, это нормальное общее напряжение в заряженном состоянии.

В каждую помещены свинцовые пластины и залит (основанной на серной кислоте). Пластины разбиты по отдельным группам – плюсовые и минусовые. Они не примыкают друг к другу, хотя и находятся рядом, между ними проложены диэлектрические элементы — обычно это пластиковые или прорезиненные листы. Если минусовые и плюсовые пластины соприкоснуться, то батарея работать не будет – банка замкнет. Делаются пластины из свинца:

Минусовые – обычно из чистого, но пористого свинца (Pb)

Плюсовые – делаются из диоксида свинца (PbO2)

В которую они погружены, является очень хорошим проводником – по-научному электролитом, она способствует накоплению энергии.

Смысл прост — если подать на аккумулятор электрический ток, он начнет его накапливать. Затем через какое-то время (), он будет его отдавать.

Есть еще такое понятие как емкость аккумулятора – она зависит от количества – чем больше – тем больше энергии можно накопить. Измеряется в Ампер/часах (Ам/ч) — это количество Ампер, которые отдаст аккумулятор за час. Сейчас самые распространенные варианты – это 55 – 60 Ам/ч, которые применяются на большинстве легковых машин.

Как видите устройство банальное и простое, свинец + кислота, заключенные в герметичный пластиковый корпус (пластиковый потому что не вступает в реакцию с кислотой). При большом желании, можно сделать дома – если есть свинец и кислота.

НУ что же переходим к работе на автомобиле.

Работа АКБ на машине

Чтобы запустить двигатель его нужно «раскрутить» и подать искру на сжатое топливо. Крутит двигатель такое устройство как стартер, а генерируют искру катушки зажигания, после чего она идет . И для того и для другого действия нужен электрический ток – его то и дает аккумулятор автомобиля, это его самая главная задача, запомните запуск двигателя, все остальное второстепенно.

Как это происходит – при помощи химической реакции внутри батареи вырабатывается электрический ток. Вы садитесь и поворачиваете ключ зажигания – сразу же на генератор подается энергия, входит в зацепление с и начинает вращаться – к маховику подсоединен коленвал, который в свою очередь начинает толкать поршни – далее в высшей точке (сжатие) – происходит подача искры (опять же от аккумулятора) – топливо поджигается и двигатель запускается.

После от генератора начинает идти зарядка, которая восполняет (заряжает) потерю энергии аккумулятора.

Что еще хочется отметить – при разряде батареи на пластинах начинает образовываться сульфат свинца (по сути его соль), это нормально, обычная химическая реакция, чем больше отдается энергии, тем больше этого налета. Чем больше соли, тем менее концентрированный электролит, падает выработка энергии.

Но стоит вам подключить АКБ на зарядку, то процесс идет в обратном направлении – соли начинают растворяться в электролите, концентрация восстанавливается, что способствует накоплению энергии. После зарядки выработка электрического тока восстанавливается.

Почему батарея автомобиля может выйти из строя?

Как не прискорбно — нет ничего вечного, вот и АКБ со временем изнашивается. Конечно, если вы его используете правильно, то он прослужит достаточно долго, но уже через 4 – 5 лет (иногда 6), нужна замена. Так почему же умирает батарея?

Все просто – основная причина это , если разрядить – совсем, да еще и долго не заряжать то пластины покрываются солями гораздо плотнее. Их рабочая поверхность падает, а соответственно будет падать и , он уже не сможет выдерживать большие нагрузки.

Вторая причина это банально износ. Со временем от множества циклов заряда – разряда, пластины начинают медленно осыпаться. Что также ведет к деградации батареи. Особенно сильно страдают, если испарился электролит и пластина осталась «сухой» (часто это происходит летом при высоких температурах), если будет идти зарядка, то это очень быстро «убьет» аккумулятор. Вот почему в случае с обслуживаемым аккумулятором нужно всегда проверять уровень электролита.

Теперь уже общеизвестно, что аккумуляторы входят в состав многих устройств и являются незаменимой их частью. Автомобиль в данном случае не является исключением. Тем не менее, до сих пор спорным остается вопрос о том, как правильно его использовать. Разобраться в этом может помочь более детальное представление об устройстве аккумулятора.

История появления аккумулятора

Давно было замечено, что если две заизолированные пластины погрузить в кислотный или щелочной раствор, то на них возникнет разность потенциалов или напряжение. Самый первый прообраз современного аккумулятора представлял собой две пластины - медную и цинковую, погруженные в электролит. Он работал довольно непродолжительное время из-за того, что цинковая пластина со временем растворялась в растворе и отдача электроэнергии была совсем небольшой.

Свойства современных аккумуляторов

Современные аккумуляторы значительно усовершенствованы. Они более энергоемки и малогабаритны, продолжительность их работы стала во много раз больше, а также они приобрели возможность восстанавливать заряд (перезаряжаться), но общий принцип работы остался прежним и основан на электрохимической реакции свинца и диоксида свинца в серной кислоте. Согласно классической версии энергия является производной от взаимодействия оксида свинца с серной кислотой до сульфата. При этом в случае разряда на аноде происходят реакции восстановления диоксида свинца, а на катоде реакции окисления свинца. В случае заряда аккумулятора происходят обратные реакции, к которым на конечной стадии добавляется процесс электролиза воды. В результате возле положительного электрода выделяется кислород, а возле отрицательного - водород.

Элементы конструкции аккумулятора

Корпус

Немаловажную роль в устройстве автомобильного аккумулятора выполняет его корпус, удерживающий все отдельные элементы и объединяющий их в единое целое. Поскольку аккумулятор состоит из нескольких вырабатывающих электроэнергию элементов, то правильнее его называть аккумуляторной батареей. Так двенадцативольтная аккумуляторная батарея состоит из 6-ти элементов, поэтому ее корпус содержит 6 секций (банок). К материалу, из которого делается корпус, предъявляются достаточно высокие требования. Прежде всего он должен быть кислотоустойчив, достаточно прочен, а кроме того, он должен быть устойчив к воздействию широкого диапазона температур. Как правило, он изготавливается из полипропилена, а состоит из основания, в котором располагаются все секции и крышки с пробками.

Пакеты пластин

В секции корпуса устанавливаются пакеты пластин, состоящие из нескольких соединенных параллельно пластин с чередующейся полярностью и называющиеся также гальваническими элементами.

Такое строение позволяет увеличить емкость аккумулятора, так как в итоге увеличивается контактирующая поверхность. Увеличение поверхности соприкосновения также приводит и к уменьшению внутреннего сопротивления, что способствует увеличению максимально отдаваемого аккумулятором тока.

Сами пластины состоят из свинца ячеистой структуры. В эти ячейки путем намазывания наносится активная масса, в которой и происходят все химические реакции. Для предотвращения замыкания между пластинами помещаются сепараторы, изготовленные из электролитически проницаемого пластика. Вся эта конструкция из пластин и сепараторов собрана в пакет и для предотвращения преждевременного разрушения в процессе эксплуатации стянута бандажом. Выводы пластин соединены попарно токосборниками, которые и подводят энергию к выводным борнам. К борнам затем подключаются клеммы автомобиля.

В процессе эксплуатации аккумулятора в результате реакций образуются побочные продукты окисления свинца, а также с пластин может осыпаться активная масса. Поэтому пакеты пластин устанавливают не на самое дно корпуса, а немного выше. В результате образуется шламовый промежуток, в котором и скапливаются все осыпавшиеся с пластин вещества. Если бы его не было, то шлам бы замкнул нижние части.

Аккумулятор представляет собой устройство, которое накапливает энергию в химической форме при подключении к источнику постоянного тока, а затем отдает ее, преобразуя в электричество. Его используют многократно за счет способности к восстановлению и обратимости химических реакций. Разряжается – снова заряжают. Применяются аккумуляторы в качестве автономных и резервных источников питания для электротехнического оборудования и различных устройств.

Устройство аккумулятора

В автомобилях обычно применяют . Рассмотрим их устройство.

Все элементы располагаются в корпусе, который изготавливают из полипропилена. Корпус состоит из емкости, разделенной на шесть ячеек, и крышки, оснащенной дренажной системой для стравливания давления и отвода газа. На крышку выводится два полюса (клеммы) – положительный и отрицательный.

Содержимое каждой ячейки представляет собой пакет из 16 свинцовых пластин, полярность которых чередуется. Восемь положительных пластин, объединенных бареткой, являются плюсовым электродом (катодом), восемь отрицательных – минусовым (анодом). Каждый электрод выводится к соответствующей клемме аккумулятора.

Пакеты пластин в ячейках погружены в электролит – раствор серной кислоты и воды плотностью 1,28 г/см3.

Между пластинами электродов, для предотвращения замыкания, вставлены сепараторы – пористые пластины, которые не препятствуют циркуляции электролита и не взаимодействуют с ним.

Отдельная пластина электрода – это решетка из металлического свинца, в которую впрессован (намазан) реагент. Активная масса катода – диоксид свинца (PbO2), анода – губчатый свинец.

Принцип действия аккумуляторов

Принцип действия аккумулятора основан на образовании разности потенциалов между двумя электродами, погруженными электролит. При подключении нагрузки (электротехнических устройств) к клеммам аккумулятора в реакцию вступают электролит и активные элементы электродов. Происходит процесс перемещения электронов, который, по сути, и является электротоком.

При разряде аккумулятора (подключении нагрузки) губчатый свинец анода выделяет положительные двухвалентные ионы свинца в электролит. Избыточные электроны перемещаются по внешней замкнутой электрической цепи к катоду, где происходит восстановление четырехвалентных ионов свинца до двухвалентных.

При их соединении с отрицательными ионами серного остатка электролита, образуется сульфат свинца на обоих электродах.

Ионы кислорода от диоксида свинца катода и ионы водорода из электролита соединяются, образуя молекулы воды. Поэтому плотность электролита понижается.

При заряде происходят обратные реакции. Под воздействием внешнего ионы двухвалентного свинца положительного электрода отдают по два электрона и окисляются в четырехвалентные. Эти электроны движутся к аноду и нейтрализуют ионы двухвалентного свинца, восстанавливая губчатый свинец. На катоде, путем промежуточных реакций, снова образуется двуокись свинца.

Химические реакции в одной ячейке вырабатывают 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

Из видео Вы сможете более подробно узнать, как работает аккумулятор:

← Вернуться