Устройство, принцип работы автомобильного аккумулятора

Устройство, принцип работы автомобильного аккумулятора

Несмотря на то, что основной движущей силой автомобиля является двигатель внутреннего сгорания, без автономного источника питания было бы невозможно обеспечить его нормальное функционирование, и прежде всего – пуск силового агрегата. Накопление энергии, необходимой для прокручивания стартера, происходит во время движения транспортного средства, что избавляет водителя от необходимости частой подзарядки АКБ от внешних источников.

1. Назначение автомобильного аккумулятора
2. Параметры АКБ
3. Устройство АКБ автомобиля
4. Корпус, крышка
5. Пластины
6. Электролит
7. Сепаратор
8. Клеммы и пробки
9. Принцип работы автомобильного аккумулятора

Из чего сделан и что внутри аккумулятора

Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.

Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.

С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.

Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.

Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.

Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:

• Корпуса;
• Крышки;
• Отрицательных электродов;
• Положительных электродов;
• Положительной клемы;
• Отрицательной клемы;
• Соединительных перемычек;
• Заливных пробок;
• Электролита

Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.

Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.

Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.

В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).

В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.

Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.

Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.

Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.

Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.

Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (H2SO4) и дистиллированной воды.

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.

Автомобильный аккумулятор переменного или постоянного тока?

Некоторые люди задаются вопросом, производит ли автомобильный аккумулятор электричество переменного тока (AC) или постоянного тока (DC). Ответ таков: автомобильные аккумуляторы всегда производят постоянное напряжение.

Генератор, с другой стороны, вырабатывает переменное напряжение. Вот почему генератор переменного тока должен содержать полупроводники, называемые диодами, которые преобразуют переменный ток в постоянный.

Основные характеристики автомобильного аккумулятора

В заключение стоит сказать об основных характеристиках аккумулятора для автомобиля. Среди них:

• ёмкость;
• напряжение;
• ток холодной прокрутки.

Иногда можно встретить понятие резервной ёмкости. Это значение представлено в минутах. К примеру, аккумулятор должен проработать 90 минут при токе разряда 25 ампер и при этом напряжение не должно упасть ниже 10,5 вольта. По-простому говоря, это время, которое аккумуляторная батарея будет обеспечивать свои функции, и подменять генератор.

Что касается напряжения, то на легковых автомобилях устанавливаются АКБ с номиналом 12 вольт без вариантов.

Величина тока холодной прокрутки показывает значение, отдаваемое АКБ при температуре минус 18 градусов Цельсия в течение 10 секунд. Напряжение на аккумуляторе не должно упасть ниже 7,5 вольта. То есть, ток прокрутки показывает, насколько резво и долго батарея сможет крутить стартер в мороз.

Основные характеристики АКБ

Ёмкость

Данная характеристика обозначает способность батареи отдавать электроэнергию. Расчёт этого значения выполняется умножением показателей силы тока и времени. Единица измерения А/ч. Ёмкость батареи имеет зависимость от конструктивных особенностей (материал, взятый при производстве электродов и сепараторов, их качество, размер и пр.), кроме того от особенностей рабочего раствора (температурный показатель и значение плотности, объем заряженности и режим разряда). Показатель ёмкости существенно понижается при низкой температуре и небольшой плотности рабочей смеси.

Номинальная ёмкость выражает кол-во отдаваемой электрической энергии. Данное значение замеряется при соблюдении следующих условий:

1. АКБ должна быть заряжена на 100%.
2. Значение тока равняется 1/20 ёмкости при беспрерывном разряде в течение 20ч.
3. Электролит должен иметь температуру 25C.
4. Значение напряжения на выходе должно быть не менее 10,5В.

Это важнейший показатель, определяющий параметры электрооборудования, работающего в авто.

Ток холодной прокрутки (ТХП)

Данная характеристика необходима для определения пусковых свойств батареи при низкой температуре. Оно измеряется при минус 18C с полностью заряженной батарей.

Показатель ТХП не должен снижааться за отметку заданного показателя в течение установленного кол-во времени. Чем больше показатель ТХП, тем проще будет заводиться мотор в зимний период.

Коэффициент заряда (КЗ)

При заряде батареи необходим значительный объем энергии. Он гораздо больше объема, который АКБ отдает. Это связано с потерями в процессе нагрева и сопутствующими химреакциями.

Для полного заряда батареи необходимо 105-110%% электрической энергии, взятой с АКБ.

Напряжение гальванических элементов

Это напряжение между плюсовыми и минусовыми отводами гальванических элементов. На показатель влияет концентрация, а также температура кислоты в рабочей смеси.

У стандартной батареи любой гальванический элемент имеет показатель 2В.

Номинальное напряжение (НН) и напряжение на выводе

В соответствии с действующими стандартами показатель НН одного элемента АКБ равняется 2В. Поскольку элементы соединены последовательным способом, общий показатель напряжения равняется сумме значений всех значений. Отсюда получается общее напряжение батареи 12В.

Напряжение на выводе — показатель напряжения, которое измеряется на отводах полюсов АКБ.

Маркировка АКБ

Напряжение газовыделения

Показатель напряжения заряда, превышение которого провоцирует выделение газа. Данный показатель связан с температурным значением. Для любого элемента он равняется 2,4В. Значит, вся АКБ имеет показатель 14,4В.

Превышение данного показателя ведет к разложению дистиллята, содержащегося в рабочем растворе. Это способствует образованию водорода и кислорода, а при их смешении образуется взрывоопасный газ.

Напряжение холостого хода (НХХ)

НХХ также называют напряжением покоя – это напряжение на отводах при отсутствии нагрузки. После заряда/разряда аккумулятора НХХ меняет показатель.

Окончательный показатель получается лишь при стабильной плотности рабочей смеси.

Потеря воды

При показателе напряжения выше 14,4В дистиллят электролита аккумулятора быстро разлагается и улетучивается. Скорость данного процесса зависит от температурного режима.

Показатель уровня рабочего раствора понижается, процент содержания кислоты возрастает, а период службы АКБ становится меньше. Из-за этого увеличивается вероятность образования искры, что может спровоцировать взрыв батареи.

Отвод газа

Для отвода газов, образованных при химреакциях, в батарее имеется газоотвод. Это обеспечивает направленный отвод газа в определенное место. Вывод газа осуществляется с разных сторон (плюс/минус) — это зависит от места его нахождения в батарее. В некоторых модификациях АКБ предусмотрено 2 отверстия для отвода газа — на обеих сторонах вывода.

Важно! Одно отверстие обязательно герметично закрывается. Если закрыто два отверстия, то аккумулятор «разорвется». Почти у всех сегодняшних батарей отвод газа осуществляется от минусового вывода.

Саморазряд

Процесс, вызванный химреакциями, происходящими внутри батареи. Он происходит даже если к аккумулятору нет подключений внешних потребителей. Показатель зависит от температурного режима и технологических процессов, применяемых при производстве батареи.

Для сведения значения к минимуму в производстве электродов не используют сурьму для сплава со свинцом, заменяя ее кальцием. Это гарантирует наименьшее значение саморазряда в ходе старения. В соответствии с установленными нормативами саморазряд АКБ равен ориентировочно 3% в месяц (0.1% в день).

АКБ в системе автомобиля

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

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

Причины поломок аккумуляторов:

1. Низкий уровень электролита. При низком уровне электролита сульфаты затвердевают и сопротивляются химическому действию. Уровень электролита снижается из-за утечек в корпусе, превышения мощности при зарядке или редкому сервису – редко доливали воду.

2. Вибрация. Аккумулятор удерживается на месте дополнительными креплениями, который предотвращает вибрацию. Чрезмерная вибрация ослабляет соединения, повреждает корпус и внутренние компоненты.

3. Полный цикл заряда-разряда. Не следует допускать полной разрядки аккумулятора. Повторяющиеся циклы полной разрядки и полной зарядки аккумулятора ведут к потери активных веществ с положительной пластины и снижает срок эксплуатации аккумулятора.

4. Коррозия. Пары электролита и конденсат от выделения газа из электролита приводит к коррозии выводов аккумулятора, клемм и соединений. Коррозия увеличивает электрическое сопротивление, создает утечку тока и снижает эффективность зарядки.

5. Чрезмерная зарядка. При чрезмерной зарядке образуются пузырьки газов и аккумулятор может «вскипеть». Газообразование снижает количество активных веществ в пластинах и способствует быстрому расходу воды. При это выделяется тепло, которое деформирует пластины.

6. Высокая температура. Тепло от чрезмерной зарядки или от двигателя уменьшает рабочий срок аккумулятора.