Из чего состоит автомобильный аккумулятор?
Автомобильная аккумуляторная батарея или АКБ является обязательным элементом любого транспортного средства, независимо от его типа и предназначения — легковой, грузовой, воздушный и морской транспорт. Любая единица, где фигурирует двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или что-то подобное не может обойтись без этого источника электрической энергии. Но собственно из чего состоит аккумулятор автомобиля? Ведь касательно легкового транспорта его основное предназначение заключается в запуске двигателя. Но главное, как ему удается выдавать до 600 ампер? А ведь есть и такие изделия! Ответ на этот вопрос как раз сокрыт в его внутреннем устройстве.
Что это такое?
Но что представляет собой это устройство? По сути, это источник электрической энергии, но только уже второстепенный, поскольку главная задача, как уже было упомянуто — это запустить двигатель.
Да, батарея поддерживает то электрооборудование, что имеется в любой машине, но лишь на вторых ролях. В действительности же питанием их обеспечивает генератор, пока машина едет. Но когда транспорт обездвижен, а двигатель не работает, тогда нагрузка от бортовой сети ложится уже на аккумулятор. Собственно поэтому не рекомендуется слушать долго музыку, когда машина просто стоит на месте.
В середине XX столетия ДВС прекрасно обходились без АКБ. В основном это относилось к моторам мотоциклов. Для их запуска использовалась мускульная сила. Потом уже энергией обеспечивал генератор. Каждый ли из нас помнит, как заводился мотоцикл семейства Иж?!
Спустя какое-то время производители начали оснащать транспортные средства большим количеством электроприборов. Причем с каждым разом их количество только увеличивается. Поэтому подпитка от АКБ очень кстати. Возможно, через несколько лет большая часть транспортных средств перейдет на бортовую сеть номиналом 24 вольта, вместо привычных 12. Хотя некоторые автомобили марки Мерседес уже сделали это.
Внутреннее устройство
Технический прогресс даже в автомобильной промышленности движется семимильными шагами и его не остановить! Но несмотря на это, машины питаются от привычного элемента, начало которому было положено еще в середине XIX столетия.
Первым, кто изобрел столь нужную вещь, является Гастон Планте, а ее появление пришлось на 1860 год. Конечно, внешний облик батарей тогда разительно отличался, но уже с наступлением 1878 года она приобрела уже современные очертания, которые мы видим по сей день. Эти усовершенствования были введены Камилем Форум.
С той поры кардинальных перемен не было, а если возникали, то носили чисто косметический характер либо менялось качество изготовления составляющих — не более того.
Перечислим же основные элементы источника питания:
- корпус;
- крышка;
- положительная клемма;
- отрицательная клемма;
- плюсовые электроды (аноды);
- минусовые электроды (катоды);
- заливные пробки;
- соединительные перемычки;
- электролит.
Все это в совокупности и обеспечивает выдачу необходимой электрической энергии для запуска двигателя и поддерживания работоспособности бортовой сети. Любой владелец, кто знает, как снимать аккумулятор с машины, хотя бы вкратце знаком с его устройством. А вот новичкам будет интересно.
Единство
Вся подобного рода станция представлена шестью отдельными банками, подключенными последовательно. Они помещены в общий корпус, образуя тем самым единую конструкцию. Каждая из этих банок содержит внутри набор положительных и отрицательных пластин. Теперь рассмотрим каждый из элементов АКБ по отдельности.
Большая часть — это свинцово-кислотные изделия, которые можно встретить под капотом практически любого транспортного средства. Каждому владельцу железного коня желательно знать, как устроен этот важный элемент электрической бортовой сети, что позволит бережнее к нему относиться.
Вдобавок изучение этого вопроса способствует предотвращению его проблем в будущем. И если водитель — человек ответственный и заботливый, то и поводов для беспокойства не будет.
Корпус и крышка
Основа работы любой АКБ заключена в электролите, частью которого является серная кислота, хоть и разбавленная. Стало быть, и материалы должны быть соответствующими. То есть корпус и крышка изготавливаются из того сырья, который нейтрален по отношению к воздействию электролита.
В частности для изготовления современных источников могут применяться такие материалы:
- Пропилен — обладает стойкостью к кислоте, не проводит ток.
- Вулканизированный каучук или эбонит — этому материалу характерны такие качества, как высокая прочность на растяжение, упругость, хрупкость (ниже стекла). Обычно из такого материала делаются переносные корпуса.
- Кислотоупорные пластмассы — оптимальный вариант.
- Металл — в редких случаях все выглядит как металлический бак с резиновым чехлом.
- Термопласт — его особенность в том, что при нагревании он размягчается, а охлаждаясь, переходят в твердое состояние.
Крышка изготавливается из того же материала что и корпус. Для соединения этих деталей воедино используется мастика.
Электроды
Они выполнены из свинца, причем не только положительные, но и отрицательные, хоть с небольшим отличием:
- катод — пористый или губчатый свинец;
- анод — диоксид свинца.
В целях повышения эффективности и срока службы свинцовые пластины легируются кальцием.
Изоляция
В пространство между токопроводящими пластинами помещены сепараторы. Для изготовления этого микропористого изоляционного слоя используется эбонит или ревертекс. Оба варианта производятся из каучука и внешне имеют сходство с резиной.
Функция сепараторов заключается в том, что изолировать положительные и отрицательные пластины между собой. Тем самым исключается их короткое замыкание друг на друга. Не будь их, это бы произошло, в результате вибраций силового агрегата. А без них просто не обойтись, так как это обусловлено спецификой работы двигателя.
Исходом короткого замыкания является выход из строя бортового компьютера, а также прочего электрооборудования и то в лучше случае. Нельзя исключать риска возгорания машины. К тому же огонь по автомобилю распространяется очень быстро.
Клеммы
Сами контакты изготовлены тоже из свинца. Именно они обеспечивают связь с электрической бортовой сетью транспортного средства. При этом существуют самые разные вариации (в скобках указан стандарт):
- Исходя из размеров:
- Тип A: диаметр положительной клеммы — 19,5 мм, отрицательной — 17,8 мм. (европейский).
- Тип B: размеры плюсового контакта — 12,7 мм, минусового — 11,1 мм (азиатский).
- Винтовые — тип E — европейский стандарт, F — американский стандарт.
- Под болт — тип G — американский стандарт, T — российский стандарт.
Также можно встретить другие типы — C, D, H, которые отличаются друг от друга формой исполнения. Клеммы типа A и B имеют коническую форму, причем у АКБ для отечественных автомобилей плюсовой контакт заметно больше минусового. Это не позволит сбиться в случае чего, надо только запомнить. Тип «под болт» рассчитан на грузовой транспорт.
Перемычки
Соединительные перемычки тоже свинцовые, поскольку их задача кроется в объединении банок в один блок. В итоге получается общая конструкция, которые выдает необходимые 12 вольт.
Заливная пробка
Здесь уже несложно догадаться, для чего нужна эта деталь. Чтобы заливать электролит в каждую банку.
Электролит
Это раствор, состоящий следующих компонентов:
- серная кислота — 35%;
- дистиллированная вода — 65%.
В этой жидкости электрический ток свободной перетекает от отрицательных пластин к положительным. На рынке можно найти более дорогие изделия, где электролит выглядит как гель, что исключает его испарение и растекание. В связи с этим, такой вариант считается необслуживаемыми.
Полезное дополнение
Внутри работающего источника электрической энергии протекают химические процессы с образованием газа. В целях снижения его пагубного влияния ряд производителей делает в корпусах газоотвод. При этом отвод выполняется в определенную сторону, исходя из конкретного типа изделия, и его расположения.
Важный параметр
О такой важной характеристике просто грех не упомянуть! Самим термином определяется следующее — то количество энергии, которое элемент отдает при определенном напряжении и в течение заданного промежутка времени (обычно час).
А в чем измеряется эта характеристика? Точнее, какие единицы для этого используются? Емкость измеряется в ампер-часах или сокращено — А·ч. Именно по этой характеристике опытные водители делают свой выбор. В этом их полностью поддерживают многие производители. На многих изделиях можно заметить такие надписи — 55, 60, 75 Ah. То есть батарея номиналом 60Ah означает, что на протяжении одного часа она способна выдавать нагрузку силой 60 ампер. А если речь идет о 30 амперах? Тогда и время будет увеличено до двух часов. По аналогии цепочку можно продолжить:
- 15 ампер — 4 часа;
- 7,5 ампер 8 часов;
- 3,75 ампер — 16 часов;
- Порядка 2 ампера — 32 часа и т. д.
Только это все следует понимать условно, ведь чем большая нагрузка ложится на АКБ, тем быстрее она будет разряжаться. Но как узнать оптимальный параметр батареи для своего автомобиля. Этот параметр всегда указывается в инструкции по эксплуатации к транспортному средству.
Большая емкость — вред или нет?!
Чем может грозить установка в машине источника с большей, чем положено емкостью? Не приведет ли это к неприятным последствиям? Подобные вопросы задают многие автолюбители, перед которым возникает необходимость покупки новой батареи. В особенности это касается новичков. К примеру, стоит ли ожидать плохого, если поставить элемент 70 А·ч вместо положенных 55 А·ч?
Стоит отметить, что вокруг этой темы ходит множество мифов. Один из них выглядит так: «Если допустимая емкость аккумулятора автомобиля 60 А·ч, то результаты отклонений могут быть разные и не вполне хорошие:
- Поставь батарею с 50 А·ч и она закипит.
- Установка АКБ на 70 А·ч обернется недозарядом.
Это один из показательных примеров. В действительности ничего страшного не произойдет. Единственное что нужно — чтобы новое более емкое изделие поместилось в посадочное место, поскольку у них чуть больше габариты.
Но чем объясняется необходимость «увеличить» эту характеристику таким способом? Главным образом это обусловлено особенностями запуска двигателя при отрицательной температуре. В особенности это касается местности с суровым климатом, где температура воздуха может опуститься ниже 30 °C.
Емкостная зависимость
На что влияет емкость? Об этом и некотором другом как раз далее и пойдет речь. За 2-3 года эксплуатации автомобиля у аккумулятора этот параметр постепенно снижается, что неизбежно отражается на работе основных узлов силового агрегата. В зимнее время двигатель может запускаться с трудом. По этой причине каждому водителю следует знать, как можно проверить эту важную характеристику, чтобы своевременно принять соответствующие меры, без нежелательных последствий.
Но для начала следует познакомиться с тем, что именно оказывает влияние на столь важный параметр. В частности речь идет о следующем:
- состав электролита;
- количество активной массы;
- состояние пластин.
Посторонние примеси в электролите неизбежно приведет к падению емкости.
В результате химических процессов испаряется жидкость и как следствие падает масса электролита, а вот концентрация кислоты наоборот растет.
От толщины и состояние пластин зависит длительность работы аккумулятора и его емкость. При меньшей массе электролита пластины начнут осыпаться, а их толщина уменьшаться. Это может привести к короткому замыканию, так как мелкие металлические частички могут образовать проводящий мостик между пластинами разного потенциала.
Возвращаясь к вопросу можно подытожить — сама емкость влияет на продолжительность беспрерывной работы. То есть чем она больше, тем дольше работает источник.
Тестирование
Проверку можно сделать с помощью мультиметра. Это конечно не прибор для измерения емкости аккумулятора автомобиля, но вариант сгодится. К тому же у него широкое распространение и на особом счету у автоэлектриков. Простая инструкция:
- Первым делом изделие следует отключить от генератора.
- Дать нагрузку в лице обыкновенной лампочки на 2 минуты, после чего убрать ее.
- После этого мультиметром замеряется напряжение в течение 20 секунд, фиксируя показатели (удобно в письменном виде).
Теперь можно делать какие-либо выводы. Напряжение 12,5 Вольт свидетельствует о том, что все в полном порядке. Но если значение составляет 11,5 Вольт или ниже, то пора менять батарею — ее срок уже вышел.
Как можно заметить, здесь невозможно выявить значения именно в ампер-часах, но можно сделать заключение касательно дальнейшей судьбы АКБ. По крайней мере, возможность, как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром, доступна каждому. Да и сам прибор стоит недорого, зато пользу приносит неоценимую.
Лучшие из лучших
Рано или поздно, но перед каждым владельцем личного транспорта возникает необходимость в приобретении новой батареи, когда старая уже отжила свое. И тут возникают определенные сложности, ведь на автомобильном рынке широкий ассортимент, что очень легко запутаться и выбрать то, что не надо.
Здесь важно обращать внимание на многие факторы, причем не только технические параметры, но и бренд, включая стоимость. Ниже будет приведен список тех брендов, которые заслуживают доверие большинства автолюбителей. И среди них могут попасться знакомые имена.
Рейтинг аккумуляторов для автомобиля составлен на основании отзывов многих владельцев и конструктивных особенностей. Список лучших из лучших:
- Свинцово-кислотные:
- Varta Blue Dynamic D59.
- Тюмень Premium 6СТ-60.
- Зверь 6СТ-60 L3У.
- Topla Energy 60.
- Mutlu Calcium Silver 60.
- Banner Starting Bull.
- TITAN Standart.
- Varta Silver Dynamic AGM D52.
- Banner Running Bull AG.
- Bosch AGM S5 A05.
Каждый из перечисленных брендов по состоянию на 2019 года является лучшим в своем сегменте. При этом в учет брались аккумуляторы с параметром 60А, так как именно с такой емкостью больше всего батарей сходит с продажи.
Особенности правильного демонтажа
В завершении стоит затронуть столь распространенный вопрос, которым задаются обычно новички, так как опытные водители прекрасно знают на него ответ. Однако и им стоит напомнить, ибо даже у них могут случиться ошибка по разным причинам — и основная из них, это невнимательность.
Обычно источник электроэнергии располагается в подкапотном пространстве справа или слева в зависимости от полярности, которая может быть прямой либо обратной. Далее следует простые действия:
- Открывается капот.
- Убирается шумоизоляция и тканевая защита, если таковая имеется.
- Отсоединяется отрицательная клемма, для чего обычно используется ключ на 10 или в диапазоне от 8 до 10. Все опять-таки зависит от модели автомобиля.
- Потом можно переходить к отсоединению плюсовой клеммы.
- Далее ослабляются и убираются крепления.
- Все готово к извлечению — достаточно ухватиться за ручки изделия и поднять со своего места.
Некоторые умельцы приноровились вытаскивать аккумулятор с автомобиля при работающем двигателе. Только стоит уяснить, что делать это лучше на короткое время. К примеру прикурить соседскую машину, когда проводов нет в наличии. После чего вернуть батарею на место. В остальных случаях проводить операцию только при неработающем моторе.
Важное пояснение
Стоит отметить важный момент касательно того, как снимать АКБ и в частности, какую клемму отсоединять первой. Как раз отрицательную, поскольку если при этом ключом задеть любую металлическую деталь, то вероятность замыкания исключается — минус на минус ничего не дает. А вот если первой откручивать плюсовой контакт, то уже есть риски.
По сути, здесь особой разницы нет, что отсоединять в первую очередь (хоть плюс, хоть минус), так как это не влияет на бортовую сеть. Важно учесть, что при откручивании положительной клеммы следует соблюдать предельную осторожность, так как есть риск задеть ключом что-нибудь металлическое.
А поскольку за собой уследить невозможно, то многие опытные водители отсоединяют первой именно минусовой контакт, разрывая тем самым цепь. И если при снятии уже положительной клеммы все же задеть ключом металлическую деталь уже ничего не случится, так как цепь разомкнута.
А вот когда аккумулятор ставится на место, то здесь опять-таки в силу предосторожности, первой подключается именно положительный контакт и только потом отрицательный. Во избежание все того же короткого замыкания.
Виды, устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора
Электрические аккумуляторные батареи применяются в любом автомобиле и представляют собой автономный источник питания. АКБ накапливает энергию, которая затем питает бортовую сеть, когда это необходимо, и подает ток на стартер для запуска двигателя.
Назначение аккумулятора в автомобиле
Автомобильный аккумулятор принято обозначать аббревиатурой АКБ, что значит аккумуляторная кислотная батарея. Не все батареи относятся к этому типу, но в автомобилях наиболее распространены именно они.
Аккумулятор является важным компонентом в работе любого транспортного средства. Он выполняет следующие основные функции:
- Подача электроэнергии на стартер для запуска двигателя. Аккумулятор способен в течение 30 секунд подавать пусковой ток или ток холодной прокрутки на стартер, который, в свою очередь, запускает двигатель.
- Питание бортовой сети в случае недостаточной мощности (производительности) генератора.
- Автономное питание бортовой сети автомобиля.
Каждый аккумулятор имеет определенную емкость и заряд. При работе двигателя всю нагрузку на электропитание берет на себя генератор. Он же заряжает аккумулятор во время движения. Если мощности не хватает, подключается батарея. Определенное время АКБ может обеспечить автономное питание.
Генератор выходит на оптимальный режим производительности при достижении двигателем частоты вращения коленчатого вала 1600-1800 об/мин и более.
Располагается АКБ, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля или закреплен на раме в случае крупного грузового транспорта. Это связано с тем, что кислота, находящаяся внутри, очень агрессивна и опасна для здоровья. Она может просочиться через корпус или выделиться в виде газа. С аккумулятором следует обращаться осторожно.
Более безопасны необслуживаемые АКБ, внутри которых нет жидкого электролита. Такие батареи практически не выделяют вредных паров и их можно использовать где угодно. Среди альтернативных мест размещения аккумулятора можно выделить багажное отделение и под сиденьем водителя.
Параметры АКБ
Обычная автомобильная батарея выдает напряжение в 12В. Этого хватает для питания бортовой сети. Для большегрузных автомобилей используются батареи с напряжением в 24В. По сути, это две обычные батареи, которые последовательно соединены. Емкость АКБ измеряется в Ампер-часах (А*ч). Для легкового транспорта емкость батареи находится в пределах 40-130 А*ч. Емкость показывает, какое время аккумулятор сможет давать энергию при нагрузке. Но эти величины измеряются при определенной нагрузке и при определенной температуре – 20°C. При других условиях параметры могут меняться.
Также важным показателем является ток холодной прокрутки или пусковой ток. Разные модели способны выдавать от 250А до 1300А. Ток холодной прокрутки – это то напряжение, которое способен отдать АКБ в течение 30 секунд при температуре 18°C. В иных условиях данный параметр может поменяться, например, зимой.
Устройство аккумулятора
На самом деле, стандартный аккумулятор – это шесть маленьких аккумуляторов, заключенных в один корпус. Шесть отсеков объединены в едином корпусе. Часто их называют банками. Каждая банка дает напряжение в 2,1В – 2,2В. Шесть банок соединены последовательно толстыми свинцовыми перемычками, что в итоге дает напряжение в 12,6В – 13,2В.
Автомобильный аккумулятор состоит из следующих основных элементов:
- пластиковый корпус;
- крышка;
- отрицательные пластины (электроды);
- положительные пластины;
- перемычки, соединяющие отсеки;
- жидкий электролит;
- сепараторы;
- положительный и отрицательный вывод (клеммы);
- заливные пробки.
Корпус и крышка
Корпус и крышка выполнены из пластика, который нейтрален к кислоте. В каждой банке находятся свинцовые пластины – электроды.
Пластины
Отрицательная пластина из губчатого свинца (Pb) называется катод, положительная пластина пористая с диоксидом свинца (PbO2) – анод. Чтобы батарея разряжалась не так быстро, используется не чистый свинец, а с применением разных присадок. Ранее добавляли 5% сурьмы, но процесс сульфатации все равно проходил быстро. В современных жидкостных аккумуляторах добавлен кальций. Он значительно снижает процесс сульфатации и повышает емкость АКБ до 70%. Если говорить про гелевые или AGM аккумуляторы, то в них применяется только чистый свинец. Это позволяет повысить мощность и отдаваемый пусковой ток до 1000-1300А.
Электролит
В каждой банке залит электролит. Это смесь серной кислоты и дистиллированной воды, в соотношении 35:65. Плотность электролита находится в пределах 1,23-1,31 г/см3. Чем она выше, тем батарея более устойчива к морозам.
Сепаратор
В простых жидкостных аккумуляторах между пластинами находится сепаратор. От слова “separate” – разделять. Обычно сепараторы изготавливаются из нейтрального пластика. Эти пластины разделяют положительные и отрицательные электроды от замыкания. Материалом для сепараторов служит ревертекс или эбонит. Также эти элементы иногда называют диэлектрической прослойкой.
В более современных необслуживаемых аккумуляторах в качестве сепараторов применяется микроволокно. Этот высокотехнологичный материал удерживает электролит внутри и не дает ему вытекать и испаряться. Пластины завернуты в микроволокно как в конверте и плотно прижаты друг к другу.
Клеммы и пробки
Клеммы аккумулятора также изготавливаются из свинца. К ним присоединяются контакты. На обслуживаемых аккумуляторах на корпусе располагаются заливные пробки. Их количество равно количеству банок. Они служат для заливки дистиллированной воды в случае необходимости.
Принцип работы
Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую. Когда аккумулятор подключен к потребителям энергии, то происходит его разрядка.
Происходит следующий процесс. На катоде идет восстановление диоксида свинца. Свинец на аноде окисляется. Серная кислота вступает в реакцию с металлами на обеих пластинах. При этой реакции образуется сульфат свинца. Процесс называется сульфатацией. Из серной кислоты выделяется водород, который затем вступает в реакцию с кислородом из положительно заряженной пластины. Образуется вода, а серная кислота расходуется. Плотность электролита понижается. Процесс реакции показан на картинке.
При зарядке весь процесс происходит в обратном порядке. Серная кислота восстанавливается. Вновь образуется диоксид свинца и серная кислота. При полной зарядке плотность электролита должна быть в пределах 1,29 гр/см3. Это значение показывает уровень содержания серной кислоты на один кубический сантиметр электролита.
Таким образом, работа батареи основана на циклах заряд-разряд. Если допустить глубокий разряд, процесс может быть необратимым. Останется только вода и сульфат свинца. Поэтому нужно всегда следить за уровнем заряда.
Зарядка, хранение и зависимость от температуры
После того как автомобильный аккумулятор запустил стартер и двигатель, происходит его зарядка от генератора. В снятом положении батарея заряжается зарядным устройством. Хранить аккумулятор с жидким электролитом можно только в строго горизонтальном положении и при определенной температуре 5°С -15°С. Это обусловлено тем, что электролит может вытечь, а осыпавшиеся пластины замкнуть на дне банки.
Разная температура также влияет на работу АКБ. При высокой температуре показатели мощности и токоотдачи высокие, но батарея быстрее разряжается и повышается расход воды. Электролит по своему составу не замерзает при минусовой температуре, но на сильном морозе он все же может это сделать. В мороз химические процессы замедляются, пусковой ток снижается, падает емкость батареи. Вот почему у водителей часто возникают проблемы с запуском двигателя зимой.
Разновидности аккумуляторов
Современные аккумуляторные батареи можно условно разделить на обслуживаемые и необслуживаемые.
Можно выделить следующие основные виды:
- АКБ с жидким электролитом.
- EFB аккумуляторы.
- AGM.
- Гелевые.
Аккумуляторы с жидким электролитом относятся к обслуживаемому типу. Это значит, что время от времени нужно следить за уровнем электролита, его плотностью и емкостью батареи. Их срок службы в среднем составляем 3-5 лет. Они доступны по цене и хорошо справляются со своей задачей в автомобиле. Поэтому остаются самыми распространёнными.
Батареи по технологии EFB появились сравнительно недавно. В них также находится жидкий электролит, но пластины завернуты в микроволокно. Материал впитывает электролит, что увеличивает площадь контакта с пластинами. Это также повышает емкость и мощность и позволяет снизить объем электролита по сравнению с обычными АКБ, делая такие батареи практически необслуживаемыми. Срок службы 4-5 лет. Стоимость приемлемая.
Аккумуляторы AGM относятся к классу необслуживаемых батарей. Это значит, что у них полностью герметичный корпус. На корпусе имеются газоотводные клапаны. Между пластинами находится стекловолокно, в порах которого электролит. Это позволяет значительно замедлить процесс сульфатации. Такие батареи не боятся полного разряда. Срок службы до 10 лет. Но есть минусы: высокая стоимость и обслуживание.
Гелевые
Это также необслуживаемые батареи. В электролит добавлены вещества, которые сгущают его и доводят до твердого состояния. Сам электролит выступает в роли сепаратора между пластинами. Срок службы до 10 лет, но требуется специальный уход, как и в случае с AGM. Не боятся глубокого разряда, но чувствительны к перезаряду и замыканию. Стоят в 3-4 раза дороже обычных.
Аккумуляторная батарея – это то устройство, которое требует от водителя внимания. Чтобы батарея прослужила долго, нужно знать ее устройство и принцип работы. При правильном уходе и условиях содержания АКБ проработает долгие годы.
Устройство аккумулятора — что внутри и как работает
Блоки питания
Принципиально устройство аккумулятора больше чем за 150 лет с момента его изобретения не изменилось, хотя современность внесла серьёзные новшества в технологические процессы их изготовления и используемые материалы, из чего состоит аккумулятор.
Автономный источник энергии
Что такое аккумулятор
Аккумулятор – автономный источник электричества, который накапливает, сохраняет и отдает энергию. Аккумуляторная батарея – важный элемент электрооборудования транспортного средства. Назначение акб определяется в запуске двигателя и обеспечении подачи электричества в бортовую сеть. Все электроприборы, когда выключен мотор, и не работает генератор, работают от батареи. Накопитель помогает в пробке, когда энергии генератора не хватает.
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.
Схема строения
Схема строения
Виды аккумуляторов
Классификация акб по составу активного вещества
Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Возникала необходимость по улучшению качества работы акб. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, потому что в них уже намного реже требовался долив воды.
При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт требовали постоянного долива, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов использовать герметичный, неразборной корпус.
- Сурьмянистые батареи относятся к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
- В малосурьмянистых акб материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
- При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
- Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
- EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая из пластин закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
- В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Такая технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.
- В литиевых акб используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
- Отличительной особенностью AGM является то, что в электролит с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
- Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.
Классификация батарей по типу электролита
Электролиты бывают кислотными, щелочными. Щелочные растворы используются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости представляют собой сильные основания, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.
Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Такие составы можно приобрести в специализированных магазинах или же приготовить самостоятельно в домашних условиях. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке также возможно довольно точно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности смешать кислоту с дистиллированной водой.
Важно! вода при минусовых температурах превращается в лед. Всегда при морозе нужно применять меры, необходимые для предотвращения замерзания аккумулятора.
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
Обозначение Описание букв А АКБ имеет общую крышку для всего корпуса З Корпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально Э Корпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита Т Корпус-моноблок АБК выполнен из термопластика М В корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ П В конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты 
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
Назначение аккумуляторных батарей
Автомобильная аккумуляторная батарея выступает как источником электрического тока, необходимого для пуска двигателя, так и резервным источником питания, в случае, если энергии, вырабатываемой генератором, оказывается мало для электроснабжения авто. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, так как она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки.
Важно! Перед проверкой системы электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в заряженном состоянии и готова к эксплуатации.
В каких сферах используется
Аккумуляторные батареи используются как дополнительный или основной источник питания. Надежность, простота в использовании позволяет применять батареи в различных областях:
- автомобильная промышленность;
- освещение в аварийном состоянии;
- переносное электрооборудование;
- медицинское оборудование;
- игрушки;
- сигнализация в разных сферах применения;
- телекоммуникационное оборудование.
Применение батареи в игрушках
Роль акб в работе приборов не оспорима. Применение источника энергии практически во всех отраслях доказывает значимость и необходимость знаний о внутреннем содержимом батарей. С использованием в автомобилях широкого разнообразия электроприборов, кондиционеров, мультимедийных центров, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка энергией поступает от АКБ, который кроме этого выполняет основную функцию, обеспечивает электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор, чтобы выявить сбои в работе источника энергии, назначение аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю. О способах и рекомендациях как проверить аккумулятор читай тут.