RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Принцип действия аккумулятора


устройство, разновидности, назначение, принцип работы

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 свинцово-кислотные аккумуляторы. 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 напряжения 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 напряжение 2 В, поэтому на клеммах аккумулятора из 6 ячеек и получается 12 В.

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

Читайте также, как правильно выбрать аккумулятор по емкости, особенности литий-ионных и никиль-кадмиевых аккмуляторов

Как работает аккумулятор - принцип работы АКБ простыми словами

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), это основное и необходимое устройство в любом автомобиле. Каждый водитель знает, что серце его машины — это конечно же аккумулятор, и нет таких машин с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было. Как бы это устройство не менялось за 150 лет с момента его изобретения, принцип работы аккумуляторной батареи остался низменным. Однако, современность внесла серьёзные коррективы в технологические процессы их изготовления. В этой статье вы ознакомитесь с и используемыми материалами, из чего состоит аккумулятор и как он работает. Итак, как работает аккумулятор (АКБ)?

Как работает аккумулятор (АКБ)

Понятие аккумулятор и его устройство

В общем понимании этого слова в технике под термином «Аккумулятор» подразумевается устройство, позволяющие при разных условиях эксплуатации накапливать определенный вид энергии, либо же — расходовать ее для человеческих нужд.

Хотите узнать, как построить энергосберегающий дом? Смотрите секреты строительства  дома , который сам экономит

Применимы в тех ситуациях, когда необходимо собрать энергию за определенное время, после чего использовать ее для совершения больших трудоемких процессов. Так — гидравлические аккумуляторы, используемые в шлюзах, позволяют поднимать корабли на новый уровень русла реки.

Электрические аккумуляторы работают с электроэнергией по такому же принципу: когда вначале накапливают (аккумулируют) электричество от внешнего источника заряда, а после отдают его подключенным приборам для совершения дальнейшей работы. По своей природе они относятся к химическим источникам тока, способным совершать много раз периодические циклы разряда и заряда.

В процессе работы постоянно происходят химические реакции между компонентами электродных пластин с заполняющим их веществом — электролитом.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

На рисунке ниже изображена схема устройства аккумулятора. Изображен тот вид, когда в корпус сосуда вставлены две пластины из разнородных металлов с выводами для обеспечения электрических контактов. Между пластинами залит электролит.

Устройство аккумулятора

Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде

В момент, когда к электродам подключена нагрузка в виде лампочки, создается замкнутая электрическая цепь, через которую протекает ток разряда. Его формированию способствует движение электронов в металлических частях и анионов с катионами в электролите.

Этот процесс условно показан на схеме с никель-кадмиевой конструкцией электродов.

Заряд и разряд аккумулятора

В данном примере в качестве материала положительного электрода используют окислы никеля с добавками графита, которые повышают электрическую проводимость. Металлом отрицательного электрода работает губчатый кадмий.

Во время разряда частицы активного кислорода из окислов никеля выделяются в электролит и направляются на отрицательные пластины, где окисляют кадмий.

Общее устройство и маркировка аккумуляторных батарей

Работа аккумулятора при заряде

Беря за основу отключенную нагрузку на клеммы пластин, подаем постоянное (в определенных ситуациях пульсирующее) напряжение большей величины, чем у заряжаемого аккумулятора с той же полярностью, когда плюсовые и минусовые клеммы источника и потребителя совпадают.

Таким образом мощность зарядного устройства всегда больше, чем та, которая «подавляет» оставшуюся в аккумуляторе энергию и создает электрический ток с направлением, противоположным разряду. Это приводит к изменениям внутренних химических процессов между электродами и электролитом. К примеру на банке с никель кадмиевыми пластинами положительный электрод обогащается кислородом, а отрицательный — восстанавливается до состояния чистого кадмия.

При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а электролита не меняется.

Способы соединения аккумуляторов (как работает аккумулятор)

Параллельное соединение (как работает аккумулятор)

Величина разряда тока, зависит от многих факторов, хотя в первую очередь от конструкции, примененных материалов и их габаритов. Чем значительнее площадь пластин у электродов, тем больший ток они могут выдерживать.

Этот принцип используется для параллельного подключения однотипных банок у аккумуляторов при необходимости увеличения тока на нагрузку. Чтобы зарядить такую конструкцию потребуется поднять мощность источника. Этот способ используется редко для готовых конструкций, в настоящее время куда проще сразу приобрести необходимый аккумулятор. Но им пользуются производители кислотных АКБ, соединяя различные пластины в единые блоки.

Последовательное соединение (как работает аккумулятор)

В зависимости от применяемых материалов, между двумя электродными пластинами распространенных в быту аккумуляторов может быть выработано напряжение 1,2/1,5 или 2,0 вольта. На самом деле этот диапазон гораздо шире. И многим электрическим приборов его явно недостаточно. Поэтому однотипные аккумуляторы подключают последовательно, делают это зачастую в едином корпусе.

Примером подобной конструкции служит широко распространенная автомобильная разработка на основе серной кислоты и свинцовых пластин-электродов.

Часто среди водителей транспорта, под понятием «аккумулятор» принято понимать любое устройство, независящее от количества его составных элементов — банок. Это не является правильным. Собранная из нескольких последовательно подключенных банок конструкция считается уже батареей, за которой закрепилось сокращенное название «АКБ». Ее внутреннее устройство показано на рисунке.

Устройство кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

Любая банка состоит из двух блоков с набором пластин для положительного и отрицательного электродов. Блоки входят друг в друга без металлического контакта с возможностью надежной гальванической связи через электролит.

При этом контактные пластины имеют дополнительную решетку и отдалены между собой разделительной пластиной — сепаратором.

Благодаря соединению пластин в блоки увеличивается их рабочая площадь. Это снижает общее удельное сопротивление всей конструкции, позволяет повышать мощность подключаемой нагрузки.

Компоновка АКБ

С внешней стороны корпуса такая АКБ имеет элементы, показанные на рисунке ниже.

Компоновка кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

Из него видно, что прочный пластмассовый корпус закрыт герметично крышкой и сверху оборудован двумя клеммами. Они обычно имеют конусную форму, для подключения к электрической схеме автомобиля. На их выводах выбита маркировка полярности: «+» и «-». При этом есть одно правило: во избежании ошибок при подключении, диаметр положительной клеммы немного больше, чем у отрицательной.

У обслуживаемых аккумуляторных батарей сверху каждой банки помещена заливная горловина, чтобы контролировать уровень электролита либо доливки дистиллированной воды при эксплуатации. В нее вворачиваются пробка, предохраняющая внутренние полости банки от попадания загрязнений и одновременно не дает выливаться электролиту при наклонах АКБ.

Для того, чтобы предотвратить бурное выделение газов из электролита, который возможен при интенсивной езде, в пробках делаются отверстия для предотвращения повышения давления внутри банки. И через эти отверстия выходят кислород и водород, а также пары электролита. Такие ситуации, связанные с чрезмерными токами заряда, желательно избегать.

На том же рисунке выше показано соединение элементов между банками и расположение пластин-электродов.

Стартерные автомобильные АКБ (свинцово-кислотные) работают по принципу двойной сульфатации. На них во время разряда/заряда происходит электрохимический процесс, что сопровождается изменением химического состава активной массы электродов с выделением или поглощением в электролит (серную кислоту) воды.

Этим явлением можно объяснить повышение удельной плотности электролита при заряде, а так же снижение при разряде батареи. Иными словами, величина плотности дает возможность оценивать электрическое состояние АКБ. Для ее замера используют специальный прибор — автомобильный ареометр.

В состав электролита кислотных батарей входит дистиллированная вода. Она же при отрицательной температуре переходит в твердое состояние — лед. Поэтому, чтобы автомобильные аккумуляторы не замерзали в холодное время, необходимо применять специальные меры, предусмотренные правилами эксплуатации.

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Таким образом, 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, характерной чертой которых является более редкий процесс долива воды.

При использовании металлического кальция для покрытия пластин появились кальциевые энергосберегающие источники. В предыдущих моделях потери воды из-за электролиза на 12 вольт нуждались в постоянном доливе, а кальций позволил повысить этот порог до 16 вольт. Так появилась возможность в производстве необслуживаемых аккумуляторов и использовать герметичный, неразборной корпус.

Виды АКБ

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными и щелочными.

Щелочные растворы применяются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости этот такие жидкости, 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. Составы этого типа легко можно приобрести в специализированных магазинах либо, при желании, приготовить самостоятельно на дому. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке его приготовление так же возможно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности. Для этого нужно смешать кислоту с дистиллированной водой.

Как работает аккумулятор — АКБ

Как работает аккумулятор (АКБ)

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, в то время, как на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. А при зарядке происходит обратный процесс.

Материалы АКБ

Пластины

На данный момент наиболее качественные батареи потерпели небольшие изменения. И связаны эти изменения с материалом пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом удалось снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Сепараторы

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Когда из пластин осыпается активная зона внизу банок происходит замыкание. Чтобы этого не случилось на помощь приходят сепараторы, которые делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

Литий-ионные аккумуляторы

Эти батареи получили широкое распостранение благодаря мобильным телефонам и иным гаджетам. Сегодня же, существуют разработки и для автомобилей. Однако, невзирая на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

Литий-ионные аккумуляторы
  1. Они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
  2. Для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, а это требует переделки электронной части генераторов.
  3. И самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Электролит

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, известно, что вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но тем не менее она заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

Гелевые электролиты

Их по праву можно считать вершиной эволюции кислотных батарей. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. В итоге батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Графен-полимерные аккумуляторы

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Графен-полимерные аккумуляторы

Принцип работы этих поистине чудесных аккумуляторов заключается в следующем: их ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом имеет меньшую стоимость, поскольку в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Основные технические характеристики аккумуляторов

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! Полностью емкость не характеризует энергию аккумулятора, то есть 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. Именно по этому критерию, большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Это величину, характеризующая параметр тока, который протекает в стартере автомобиля в момент пуска силового узла. Пусковой или стартерный ток возникает в тот момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Тот же ток холодной прокрутки является показателем поведения аккумулятора в морозную погоду и сможет запускать 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. Имеет два полюса – положительный и отрицательный и варианты расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Дла ее определения 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 и обратная полярность АКБ

Устройство корпуса

У большинства аккумуляторов корпус состоит из ударопрочного полипропилена. Он характеризуется как легкий материал, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен имеет весьма хорошую стойкость к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, где 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. Известными типами аккумуляторов, обладающих спросом являются: американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейский тип корпуса характерен тем, что АКБ клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. В некоторых случаях клеммы дополнительно защищаются 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.

Российский стандарт АКБ

ОбозначениеОписание букв
ААКБ имеет общую крышку для всего корпуса
ЗКорпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
ЭКорпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
ТКорпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
МВ корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
ПВ конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты
Аккумулятор (АКБ) ALPHALINE 60 Ач

Тип крепления аккумулятора

Особое внимание при выборе АКБ следует уделять типу крепления АКБ, при котором батарея может крепиться снизу или сверху. С помощью специальной монтажной рамки, которая охватывает аккумулятор, элемент крепится вверху. Крепление аккумулятора происходит с помощью планки и двух шпилек. Чаще всего такой вид установки и фиксации аккумуляторной батареи встречается на автомобилях китайского или корейского производства.

Тип крепления на АКБ

Нижнее крепление применимо на европейских автомобилях. На нижней части корпуса АКБ находится выступ. За этот выступ аккумулятор прижимается к платформе с помощью пластины и винта.

Выступ для фиксации АКБ

Заключение

Теперь вы знаете, как работает аккумулятор. Его роль в работе приборов трудно оспорить. Данный источник энергии применяться почти во всех отраслях. Что доказывает его значимость и необходимость знаний о принципе работы АКБ. А также ее внутреннем содержимом. Аккумуляторы широко используются в автомобилях, разнообразных электроприборах, кондиционерах, мультимедийных центрах. Там, где, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. И тогда в «игру» вступает АКБ, которая кроме подпитки энергией еще и выполняет основную функцию, обеспечивая электроэнергией стартер двигателя. Водителю необходимо знать, как устроен аккумулятор. Ведь в нужное время придется устранять сбои в работе источника энергии. К тому же, важно иметь представление о назначении и видах аккумулятора, чтобы правильно использовать ресурс, подобрать батарею к условиям эксплуатации и автомобилю.

Как работает аккумулятор (АКБ)

принцип работы, из чего состоит, назначение и схема акб

Автор Aluarius На чтение 10 мин. Просмотров 2.6k. Опубликовано

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.

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 – Type 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:

 

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.

устройство, виды и принцип работы АКБ, а также срок службы и характеристики батареи

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.

принцип работы аккумуляторной батарей и схема АКБ

Прототип современного аккумулятора был изобретён в начале 19 века во Франции. С тех пор, где бы ни были сделаны аккумуляторные батареи (в Японии, России или Германии), все они используют один принцип действия аккумулятора. Он основан на протекании химической реакции, называемой двойной сульфатацией. В этой статье будут даны ответы на вопросы, как устроен и как работает аккумулятор.

Автомобильный аккумулятор

Типы аккумуляторов

Электротехническое оборудование, являющееся источником электричества, называют аккумулятором. В результате химических реакций освобождённая энергия преобразуется в электрический ток. АКБ прочно вошли во многие сферы деятельности человека. Например, без аккумуляторной батареи любой транспорт будет обездвижен. На сегодня можно выделить 4 группы мобильных источников тока:

  1. Свинцово-кислотные.
  2. Литий-ионные.
  3. Никель-кадмиевые.
  4. Никель-железные.

Читателей больше интересуют те аккумуляторы, с которыми они сталкиваются в быту. Это акб, которые применяются для:

Кислотный аккумулятор для автомобилей

Устройство аккумулятора для автомобиля состоит из следующих компонентов:

  1. Корпус сделан из кислотоупорного пластика.
  2. Сверху установлена крышка с заливочными отверстиями и двумя разнополюсными клеммами.

Схема строения АКБ

  1. Внутри контейнера находится 6 банок.
  2. В каждой банке – пакет из свинцовых пластин и пластинок из диоксида свинца. Между ними проложены диэлектрические сепараторные прокладки.
  3. Все банки залиты электролитом – водным раствором серной кислоты.
  4. Заливные отверстия имеют книзу форму конуса, в донышках которых сделан паз. Это нужно для визуального контроля уровня электролита.
  5. Последовательно соединённые свинцовыми дорожками группы пакетов (плюсовые и минусовые) выведены на клеммы аккумулятора.
  6. Отверстия в банках закрыты завинчивающими пробками с воздушными клапанами. В случае перегрузки пары кипящего электролита выбрасываются через них в атмосферу.

Принцип работы аккумулятора основан на том, что в результате взаимодействия электролита с катодными и анодными пластинами возникает электрический ток, который поступает на внешние полюсные выводы. В результате протекания электрохимической реакции плотность электролита падает, и вода начинает испаряться. На положительных свинцовых пластинах появляется слой сульфата свинца.

При подключении акб к зарядному прибору возобновляется процесс в обратном порядке: сульфат преобразуется обратно в свинец, и повышается плотность электролита.

Важно! Нужно регулярно проверять высоту поверхности электролита. Донышко конуса должно быть вровень с уровнем жидкости. Если оно сухое, то необходимо долить дистиллированную воду. В противном случае оголившиеся пластины внутри банки будут разрушаться, и АКБ выйдет из строя.

Щелочная аккумуляторная батарея

Принцип действия аккумулятора со щелочным электролитом ничем не отличается от работы свинцово-кислотной батареи. Различие заключается в том, что вместо раствора серной кислоты в батарею заливают раствор едкого кали. Кроме того, отрицательные пластинки сделаны из кадмия губчатой структуры с примесью железа. Анодные пластинки выполнены из никеля в смеси с чешуйчатым графитом. Установленные в банках пары пластинок параллельно соединены между собой.

Во время зарядки валентность никеля меняет своё значение с 2 до 8, и он становится гидратом окиси. Окиси кадмия и железа становятся металлами. Когда аккумулятор разряжается, процессы протекают в обратном порядке.

По сравнению с кислотными собратьями, щелочные источники электроэнергии устойчиво переносят нагрузки механического характера – тряску и удары. Испарение вредных газов происходит в незначительном количестве. Батареи легко переносят перезарядку.

К сведению. Единственным недостатком щелочного электрооборудования из-за применения дорогостоящих материалов является его высокая стоимость (в 4 раза дороже кислотных батарей).

Аккумулятор шуруповёрта

Мобильный шуруповёрт не связан кабелем с электросетью. Его питание осуществляется за счёт аккумуляторного блока, который вставляют в рукоятку электроинструмента. Компактное расположение акб снизу ручки позволяет легко и удобно пользоваться шуруповёртом.

Аккумуляторный блок шуруповёрта

Блок питания оснащён выступом, на котором видно расположение контактных клемм. Они служат, как для подключения питания к самому инструменту, так и для подсоединения к зарядному устройству. Внутри контейнера помещены сами аккумуляторные батарейки. Они относятся к классу литиево-ионных аккумуляторов. Элементы сделаны в неразборном исполнении, и они не подлежат ремонту.

Батареи объединены проводами от плюса к минусу, приваренными к выводам точечной сваркой. Брендовые устройства оснащены термодатчиками, которые отключают питание в случае перегрева батарей (свыше 500С), как при работе инструмента, так и во время зарядки.

Внутри зарядного устройства находятся электронная плата управления процессом зарядки и микросхема, отвечающая за отключение и возобновление работы зарядного устройства.

Ремонт аккумуляторного блока шуруповёрта
  1. Контейнер вскрывают, вывинчивая винты в его корпусе.
  2. Отрезают провода от блока аккумуляторных батарей.
  3. Новые батарейки оборачивают скотчем в том же порядке, в каком было расположение старых элементов.
  4. На выводы полюсов накладывают полоску из никеля.
  5. Точечной сваркой соединяют никелевую дорожку с полюсами батареек.
  6. Также приваривают соединительные провода к концевым выводам акб и клеммам корпуса.
  7. Блок устанавливают в контейнер и закрывают крышкой.
  8. Новый аккумулятор вставляют в зарядное устройство.
  9. По окончании зарядки аккумулятор готов к работе.

Дополнительная информация. Для того чтобы заменить старые аккумуляторные элементы на новые батареи, нужно использовать только точечную сварку.

АКБ для мобильных телефонов

Простые мобильные телефонные аппараты вытесняются из сферы пользования смартфонами. Все они в своих корпусах имеют литиевые батареи. На них нанесена маркировка – Li-ion battery. Они бывают разных размеров, различной ёмкости, в зависимости от модели телефона и производителя.

Внутри алюминиевого корпуса батареи помещены плёнки из графита и диоксида лития. Электролит выглядит в виде густой смазки, который заполняет пространство между листками. На одной из сторон акб установлена электронная плата управления.

Аккумулятор для смартфона

Батарея мобильного телефона во время зарядки остаётся на своём месте. Телефон подключают кабелем к бытовой электросети. Полная зарядка аппарата будет видна на его экране в виде заполненного окошка.

Телефонные аккумуляторы не подлежат ремонту и разборке. При вскрытии корпуса можно отравиться ядовитыми испарениями электролита. Поэтому важна их утилизация отдельно от бытового мусора.

Следует заметить! Аккумуляторы для ноутбуков устроены таким же образом.

Аккумуляторная батарея для ноутбука

Пальчиковые аккумуляторные батарейки

Самый распространённый стандарт пальчиковых батарей – это аккумуляторы 18650. Цифры на маркировке обозначают размеры устройства: 18 мм – диаметр, 65 мм – длина корпуса.

Пальчиковая акб состоит из графитовой плёнки (анода) и расположенного внутри неё алюминиевого катода. Пространство между катодом и анодом заполнено густой смазкой из электролита. Всё это заключено в прочный алюминиевый корпус. По сторонам цилиндра находятся выводы батарейки. Плюсовая клемма выглядит в виде диска с цилиндрическим выступом, минусовый полюс сделан плоским пятачком.

Под плюсовой клеммой установлена микро плата – контроллер. Электронная схема, покрытая фольгой, служит для того, чтобы не допускать перегрев и перезаряд батареи во время процесса её зарядки.

В брендовых изделиях изготовитель вставляет предохранительные клапаны, которые сбрасывают избыточное давление паров электролита при перегрузке акб.

АКБ 18650

Дополнительная информация. В дешёвых батарейках отсутствует защитная плата, что может вызвать разрушение содержимого аккумулятора. «Выгодная» покупка может обернуться различными неприятностями, вплоть до взрыва пальчиковой батареи.

Ремонт пальчиковых аккумуляторных батареек

Бывает, что практически новая дорогостоящая батарея перестаёт полноценно работать. Во всём виновата перегоревшая защитная плата.

Отремонтировать такую батарейку можно следующим образом:

  1. С корпуса удаляют полимерную оболочку.
  2. Кусачками удаляют контактную ленту.
  3. Вокруг плюсовой клеммы прорезают острым ножом щель. Осторожно приподнимают её.
  4. Из-под клеммы удаляют защитную плату.
  5. Плюсовой вывод ставят на место.
  6. Восстанавливают полимерное покрытие. Если нет фирменной плёнки, то батарею можно обернуть скотчем.

Важно! Отремонтированный аккумулятор нужно эксплуатировать с учётом того, что защита на нём отсутствует. Если элемент не перегружать, то он прослужит не один год.

Видео

Автомобильный аккумулятор - устройство, схема, принцип работы и параметры АКБ

Аккумулятор или сокращённо (АКБ), очень важная деталь в любом автомобиле. Нет ни одной машины с двигателем внутреннего сгорания, где бы его не было.

Он отвечает за всё электрооборудование машины и без него она просто мертва. Далее рассмотрим, что же это такое и из чего он состоит.

Содержание статьи:

Что такое АКБ для автомобиля, предназначение

То, что аккумулятор отвечает за всё электрооборудование в машине, было указано выше, но тут не всё так просто и однозначно. Главная задача батареи обеспечить запуск силового агрегата.

Когда двигатель запущен вся бортовая сеть запитывается от генератора. В середине 20-го века и даже ближе к его концу были двигатели внутреннего сгорания без аккумуляторов, например, моторы мотоциклов. В них запуск осуществлялся за счёт мускульной силы, а дальше все системы работали уже от генератора.

Однако в последнее время, с насыщением автомобилей различными электроприборами, мультимедийными центрами или климатическими системами, генераторы не всегда справляются с обеспечением их энергией. В этом случае подпитка идёт от АКБ.

Но вернёмся к основному предназначению батареи. Как бы там не было главная задача по-прежнему остаётся это обеспечение электроэнергией стартера двигателя.

Читайте также: Что делать если при зарядке аккумулятор начинает кипеть?

При запуске, особенно в холодное время года, батарея серьёзно разряжается. Однако генератор кроме питания электроэнергией бортовой сети машины ещё и обеспечивает зарядку батареи.

Поэтому если генератор вышел из строя, то АКБ очень быстро разряжается. Новой заряженной батареи хватает не более чем на 100 км пробега. Во всех остальных случаях машина с неисправным генератором пройдёт ещё меньше.

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.

Читайте также: Что делать если разрядился аккумулятор в машине — проверенные способы как вернуть жизнь АКБ

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 (h3SO4) и дистиллированной воды.

Принцип работы АКБ

Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.

При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.

При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.

Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.

Особенности конструкции современных АКБ

Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.

Рассмотрим их по отдельности:

Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность снизить массу батареи на треть, а срок её службы увеличить на 20 %.

Кроме этого, изменилась сама технология их изготовления. Если первые пластины производились путём их литья, то сегодня их делают из тонкого свинцового листа, путём штамповки. Такой метод дешевле и при этом пластины получаются прочнее и тоньше.

Одной из причин выхода АКБ из строя является короткое замыкание положительных и отрицательных пластин.

Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.

Как было указано выше, электролит представляет собой раствор серной кислоты и воды. Под действием низких температур, как известно вода замерзает, однако с электролитом этого не происходит.

Но он всё равно заметно загустевает и теряет свои свойства, из-за чего ёмкость батареи заметно снижается. Что бы избежать этого, сегодня, в электролит добавляют разнообразные присадки.

  • Гелевые электролиты

Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. Такие АКБ называются попросту, гелевыми. В этих устройствах электролит модифицирован настолько, что представляет собой нечто наподобие желе.

Такая модификация, в комплексе с другими вышеописанными инновациями дала поистине волшебные результаты. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Читайте также: Как правильно менять Антифриз в машине

Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.

Параметры и характеристики аккумуляторной батареи

Параметры и характеристики аккумуляторов зашифрованы в их маркировке и сейчас мы разберём, что она обозначает.

Этот вопрос мы рассмотрим на примере самой распространённой АКБ 6СТ-55.

Итак, в названии аккумулятора, цифра 6 обозначает, что АКБ состоит из 6-и банок.

  • СТ – обозначает что батарея стартерная.
  • 55 – обозначает ёмкость батареи, которая составляет 55 Ампер*час.

Для того что бы понимать какой аккумулятор вам нужен, необходимо знать два параметра:

  • Тип ДВС;
  • Объём двигателя вашей машины;

Далее рассмотрим для каких двигателей, какие аккумуляторы подходят. Это таблица для бензиновых моторов:

  • Двигатели объёмом до 1,6 литра. Для них подходят АКБ 6СТ-45;
  • Двигатели объёмом от 1,6 до 2,5 литров. Для них подходит 6СТ-55;
  • Двигатели объёмом от 2,5 до 3 литров. Для них подходит 6СТ-60;
  • Двигатели объёмом от 3 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-75;
  • Двигатели объёмом более 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90.

Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:

  • Двигатели объёмом до 1,5 литра. Для них подходит 6СТ-55;
  • Двигатели объёмом от 1,5 до 2,0 литров. Для них подходит 6СТ-60;
  • Двигатели объёмом от 2-х до 2,7 литров. Для них подходит 6СТ-75;
  • Двигатели объёмом от 2,7 до 3,5 литров. Для них подходит 6СТ-90;
  • Двигатели объёмом от 3,5 до 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-132;
  • Двигатели объёмом более 6,5 литров. Для них подходит 6СТ-192 и больше.

Как можно увидеть, из-за разных принципов работы дизельных и бензиновых двигателей для них используются аккумуляторы разной ёмкости.

Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.

Аккумуляторы будущего

Как уже упоминалось выше современные батареи по принципу действия точно такие же, как те, что были разработаны в середине 19-го века.

Однако технологии не стоят на месте и, судя по всему, в самое ближайшее время для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) появятся АКБ, созданные на новых принципах. Далее они будут бегло перечислены.

  • Гелевые аккумуляторы

Об этих батареях достаточно подробно было рассказано выше. Эти батареи уже продаются, и их любой может купить.

Гелевая АКБ

  • Литий-ионные аккумуляторы

Эти батареи широко известны по мобильным телефонам и иным гаджетам. Однако, сегодня, существуют разработки и для автомобилей. Но, не смотря на все свои достоинства, в автотехнике данный вид АКБ не прижился из-за ряда принципиальных недостатков.

  • Во-первых, они резко теряют свою мощность из-за низкой температуры.
  • Во-вторых, для зарядки таких батарей требуется строгое соответствие зарядному току, что требует переделки электронной части генераторов.
  • Ну и самое главное, данные АКБ имеют стоимость в 15 раз дороже обычного кислотного аккумулятора.

Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта

  • Графен-полимерные аккумуляторы

Это, пожалуй, самые перспективные батареи для использования, как в автомобилях, оснащённых ДВС, так и электрической силовой установкой. В производстве этих АКБ использованы нанотехнологии.

Эти аккумуляторы имеют поистине чудесные свойства. Они имеют ёмкость, практически в три раза больше литий-ионных и при этом на много меньшую стоимость, так как в их производстве не используется дорогостоящий литий. Кроме этого они не теряют своих свойств под действием низких температур.

Опытная графен-полимерная АКБ

Резюме: Выше перечислены только три самых раскрученных или правильней будет сказать, распиаренные технологии.

В мире ведутся работы над батареями, известно что в разработке более тридцати новых схем. Не исключено, что среди этих ещё испытывающихся аккумуляторов могут оказаться некоторые с ещё более интересными свойствами. Как говорится поживем — увидим.

Что такое аккумулятор? Принцип действия.

Аккумулятор - важный компонент электромобиля. Он служит для обеспечения запуска двигателя. Кроме того, аккумулятор является поставщиком электроэнергии в бортовую сеть автомобиля.

Обычно аккумулятор состоит из контейнера, который разделен перегородками на ячейки. В этих ячейках, называемых банками, расположено несколько связанных между собой специальных единиц. 12-вольтовый автомобильный аккумулятор имеет 6 таких ячеек.Каждый из этих блоков содержит набор положительных и отрицательных электродов. Между разнополюсными электродами, состоящими из свинцовых сеток, смазанных активным веществом, установлены сепараторы из непроводящего материала.

При отливке АКБ в рабочем состоянии внутрь канистр заливают электролит (смесь серной кислоты и воды), после чего заряжают с помощью специального зарядного устройства. В процессе увеличения плотности заряда электролита внутри аккумулятора происходят определенные химические реакции, в результате которых происходит накопление энергии.

Принцип действия АКБ

Принцип действия свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислой среде.

Энергия образуется в результате окисления свинца серной кислотой до сульфата. Электродом из оксида свинца может быть графит с выделением водорода. Оксид свинца нужен только для предотвращения выделения водорода на электроде. Водород реагирует с кислородом оксида и образует воду, восстанавливая оксид металла и, возможно, обеспечивает дополнительный выход энергии за счет окисления водорода.

Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление на анодном свинце. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода - на отрицательном. В результате получается, что при разряде аккумулятора серная кислота с одновременным образованием воды (и плотность электролита падает) расходуется, а при заряде наоборот вода «расходуется» на образование серной кислоты (плотность электролит растет).По окончании заряда при некоторых критических значениях концентрации сульфата свинца на электродах начинает преобладать процесс электролиза воды. При этом на катоде выделяется водород, на аноде - кислород. При зарядке нельзя допускать электролиза воды, иначе ее необходимо добавить.

.

Типы аккумуляторов / источники питания: принципы работы и преимущества

Аккумуляторы являются наиболее распространенным источником питания для основных портативных устройств и крупномасштабных промышленных приложений. Батарею можно определить как; это комбинация одной или нескольких электрохимических ячеек, которые способны преобразовывать накопленную химическую энергию в электрическую.

Работа батареи:

Батарея - это устройство, которое состоит из различных гальванических элементов. Каждый гальванический элемент состоит из двух полуэлементов, соединенных последовательно проводящим электролитом, содержащим анионы и катионы.Одна полуячейка включает электролит и электрод, к которому перемещаются анионы, то есть анод или отрицательный электрод; другая полуячейка включает электролит и электрод, к которому перемещаются катионы, то есть катод или положительный электрод.

В окислительно-восстановительной реакции, которая приводит в действие аккумулятор, происходит восстановление катионов на катоде, а окисление происходит до анионов на аноде. Электроды не касаются друг друга, но электрически связаны электролитом. В основном полуэлементы имеют разные электролиты.Учитывая все обстоятельства, каждая полуячейка заключена в контейнер, а сепаратор, пористый для ионов, но не для основной массы электролитов, предотвращает смешивание.

Работа батареи

Каждая половина элемента имеет электродвижущую силу (ЭДС), определяемую ее способностью передавать электрический ток изнутри во внешнюю часть элемента. Чистая ЭДС ячейки - это разница между ЭДС ее полуячеек. Таким образом, если электроды имеют ЭДС, иными словами, чистая ЭДС - это разность восстановительных потенциалов полуреакций.

Как ухаживать за аккумулятором?

Для поддержания аккумулятора в хорошем состоянии необходимо выравнивание заряда аккумулятора. Из-за старения все элементы заряжаются по-разному, некоторые элементы заряжаются очень быстро, а другие заряжаются постепенно. Выравнивание может быть выполнено путем небольшой перезарядки аккумулятора, чтобы позволить более слабым элементам также полностью зарядиться. Напряжение на клеммах полностью заряженной батареи составляет 12 В, автомобильная батарея показывает 13,8 В на клеммах, а 12-вольтовая трубчатая батарея - 14.8В. Автомобильный аккумулятор должен быть надежно закреплен в автомобиле, чтобы избежать тряски. Батарею инвертора следует по возможности поставить на деревянную доску.

2 типа батарей

1) Основные батареи:

Как видно из названия, эти батареи предназначены для одноразового использования. После того, как эти батареи используются, их нельзя перезарядить, так как устройства не могут быть легко восстановлены, и активные материалы могут не вернуться к своей первоначальной форме. Производители батарей не рекомендуют перезаряжать первичные элементы.

Некоторыми примерами одноразовых батареек являются обычные батарейки AA, AAA, которые мы используем в настенных часах, пультах дистанционного управления от телевизора и т. Д. Другое название этих батарей - одноразовые батарейки.

Типы Батареи
2) Вторичные батареи:

Вторичные батареи также называются аккумуляторными. Эти батареи можно использовать и заряжать одновременно. Обычно они собираются из активных материалов, причем активный элемент находится в разряженном состоянии. Перезаряжаемые батареи заряжаются с помощью электрического тока, который обращает вспять химические реакции, происходящие во время разряда.Зарядные устройства - это устройства, обеспечивающие необходимый ток.

Некоторыми примерами таких аккумуляторных батарей являются батареи, используемые в мобильных телефонах, MP3-плеерах и т. Д. В таких устройствах, как слуховые аппараты и наручные часы, используются миниатюрные элементы, а в таких местах, как телефонные станции или компьютерные центры обработки данных, используются более крупные батареи.

Вторичные батареи

Типы вторичных (перезаряжаемых) батарей:

SMF, свинцово-кислотные, литиевые и никелевые

Батарея SMF
:

SMF - это герметичная необслуживаемая батарея , обеспечивающая надежную, стабильную и низкую потребляемую мощность для приложений ИБП.Эти батареи могут подвергаться глубокому разряду и минимальному техническому обслуживанию в сельских районах и районах с дефицитом электроэнергии. Эти батареи доступны от 12 В.

В современном информативном мире нельзя упускать из виду требование к аккумуляторным системам, предназначенным для восстановления важных квалифицированных данных и информации и выполнения основных контрольно-измерительных приборов в течение желаемого времени. Батареи необходимы для мгновенной подачи энергии. Ненадежные и некачественные батареи могут привести к потере данных и отключению оборудования, что может стоить компаниям значительных финансовых потерь.Следовательно, сегменты ИБП требуют использования надежной и проверенной аккумуляторной системы.

SMF Батарея
Литиевая (Li) Батарея:

Все мы используем ее в портативных устройствах, таких как сотовый телефон, портативный компьютер или электроинструмент. Литиевая батарея была одним из величайших достижений портативной энергетики за последнее десятилетие; Благодаря использованию литиевых батарей мы смогли перейти с черно-белых мобильных телефонов на цветные с дополнительными функциями, такими как GPS, оповещения по электронной почте и т. д.Это устройства с потенциалом высокой плотности энергии для более высоких мощностей. И относительно невысокий саморазряд аккумуляторов. Также специальные элементы могут обеспечивать очень высокий ток для таких приложений, как электроинструменты.

Li Батарея
Никель-кадмиевая (Nicd) батарея:

Никель-кадмиевые батареи имеют то преимущество, что их можно перезаряжать много раз, они обладают относительно постоянным потенциалом во время разряда и имеют большую электрическую и физическую устойчивость. В этой батарее используется оксид никеля для катода, соединение кадмия для анода и раствор гидроксида калия в качестве электролита.

Когда аккумулятор заряжается, химический состав катода изменяется, и гидроксид никеля меняется на NIOOH. В аноде образование ионов кадмия происходит из гидроксида кадмия. Когда аккумулятор разряжен, кадмий реагирует с NiOOH, образуя обратно гидроксид никеля и гидроксид кадмия.

Cd + 2h3O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Свинцово-кислотная батарея:

Свинцово-кислотные батареи широко используются в автомобилях, инверторах, системах резервного питания и т. Д.В отличие от трубчатых и необслуживаемых батарей, свинцово-кислотные батареи требуют надлежащего ухода и обслуживания для продления срока службы. Свинцово-кислотный аккумулятор состоит из ряда пластин, погруженных в раствор серной кислоты. Пластины имеют сетки, на которые крепится активный материал. Пластины делятся на положительные и отрицательные. Положительные пластины содержат чистый свинец в качестве активного материала, в то время как оксид свинца прикреплен к отрицательным пластинам.

Свинцово-кислотная батарея

Полностью заряженная батарея может разрядить свой ток при подключении к нагрузке.В процессе разряда серная кислота соединяется с активными материалами на положительной и отрицательной пластинах, что приводит к образованию сульфата свинца. Вода - самый важный шаг в обслуживании свинцово-кислотной батареи. Периодичность подачи воды зависит от использования, способа зарядки и рабочей температуры. Во время процесса атомы водорода серной кислоты реагируют с кислородом с образованием воды.

Это приводит к высвобождению электронов из положительных пластин, которые будут приняты отрицательными пластинами.Это приводит к образованию электрического потенциала на батарее. Электролит в свинцово-кислотной батарее представляет собой смесь серной кислоты и воды, имеющую удельный вес. Удельный вес - это вес кислотно-водной смеси по сравнению с равным объемом воды. Удельный вес чистой воды, не содержащей ионов, составляет 1.

Свинцово-кислотные батареи обеспечивают наилучшее соотношение мощности и энергии на киловатт-час; имеют самый длительный жизненный цикл и большое экологическое преимущество, поскольку они перерабатываются с чрезвычайно высокой скоростью.Никакая другая химия не может коснуться существующей инфраструктуры для сбора, транспортировки и переработки свинцово-кислотных аккумуляторов.

Наряду с этой статьей обсуждается литий-ионный аккумулятор, его достоинства и недостатки.

Работа литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы сейчас популярны в большинстве портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и т. Д., Благодаря их длительной энергоэффективности. Это самые популярные аккумуляторные батареи с такими преимуществами, как лучшая плотность энергии, незначительные потери заряда и отсутствие эффекта памяти.Литий-ионный аккумулятор использует ионы лития в качестве носителей заряда, которые перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке. Во время зарядки внешний ток от зарядного устройства вызывает перенапряжение, чем в аккумуляторе. Это заставляет ток проходить в обратном направлении от положительного электрода к отрицательному, где ионы лития внедряются в пористый электродный материал в результате процесса, называемого интеркаляцией. Литий-ионные ионы проходят через неводный электролит и разделительную диафрагму.Материал электрода - интеркалированное соединение лития.

Отрицательный электрод литий-ионной батареи состоит из углерода, а положительный электрод - из оксида металла. Чаще всего для отрицательного электрода используется графит, а для положительного электрода - оксид лития-кобальта, ион-фосфат лития или оксид лития-марганца. Литиевая соль в органическом растворителе используется в качестве электролита. Электролит обычно представляет собой смесь органических карбонатов, таких как этиленкарбонат или диэтилкарбонат, содержащих ионы лития.В электролите используются анионные соли, такие как гексафторфосфат лития, моногидрат гексафторарсената лития, перхлорат лития, гексафторборат лития и т. Д. В зависимости от используемой соли напряжение, емкость и срок службы батареи различаются. Чистый литий бурно реагирует с водой с образованием гидроксида лития и ионов водорода. Таким образом, в качестве электролита используется неводный органический растворитель. Электрохимическая роль заряда электродов между анодом и катодом зависит от направления протекания тока.

Реакция ионно-литиевой батареи

В литий-ионной батарее оба электрода могут принимать и выделять ионы лития. Во время процесса интеркаляции ионы лития перемещаются в электрод. Во время обратного процесса, называемого деинтеркаляцией, ионы лития возвращаются. Во время разряда положительные ионы лития извлекаются из отрицательных электродов и вставляются в положительный электрод. В процессе зарядки происходит обратное движение ионов лития.

Преимущества литий-ионных батарей:

Литий-ионные батареи превосходят никель-кадмиевые и другие вторичные батареи.Некоторые из преимуществ:

  • Легкий вес по сравнению с другими батареями аналогичного размера.
  • Доступны в другой форме, включая плоскую.
  • Высокое напряжение холостого хода, увеличивающее передачу мощности при низком токе.
  • Отсутствие эффекта памяти.
  • Очень низкая скорость саморазряда 5-10% в месяц. Саморазряд составляет около 30% в NiCd и NiMh батареях.
  • Экологичный аккумулятор без свободного металлического лития

Но наряду с преимуществами, как и у других аккумуляторов, литий-ионный аккумулятор также страдает некоторыми недостатками.

Недостатки литий-ионной батареи:

  • Отложения внутри электролита со временем будут препятствовать прохождению заряда. Это увеличивает внутреннее сопротивление батареи, и способность элемента передавать ток постепенно уменьшается.
  • Высокая зарядка и высокая температура могут привести к потере емкости.
  • При перегреве литий-ионная аккумуляторная батарея может подвергнуться тепловому уходу и разрушению элемента.
  • Глубокая разрядка может привести к короткому замыканию литий-ионного аккумулятора. Поэтому, чтобы предотвратить это, некоторые производители имеют внутреннюю схему отключения, которая отключает аккумулятор, когда его напряжение превышает безопасный уровень от 3 до 4.2 вольта. В этом случае, когда аккумулятор не используется в течение длительного времени, внутренняя схема будет потреблять энергию и разряжать аккумулятор ниже напряжения отключения. Так что для зарядки таких аккумуляторов обычные зарядные устройства не пригодятся.
.Схема и принцип работы зарядного устройства для мобильных аккумуляторов

Схема зарядного устройства для мобильных аккумуляторов - это устройство, которое может автоматически заряжать аккумулятор мобильного телефона при низком уровне заряда. В настоящее время мобильные телефоны стали неотъемлемой частью жизни каждого человека и, следовательно, требуют частой зарядки аккумулятора из-за более длительного использования.

Зарядные устройства для аккумуляторов бывают простыми, непрерывными, с таймером, интеллектуальными, универсальными зарядными устройствами-анализаторами, быстрыми, импульсными, индуктивными, USB-зарядными устройствами, зарядными устройствами на солнечной батарее и зарядными устройствами с двигателем.Эти зарядные устройства также различаются в зависимости от приложений, таких как зарядное устройство для мобильных телефонов, зарядное устройство для транспортных средств, зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей и зарядные станции.

Методы зарядки подразделяются на две категории: метод быстрой зарядки и метод медленной зарядки. Быстрая зарядка - это система, используемая для зарядки аккумулятора примерно за два часа или меньше, а медленная зарядка - это система, используемая для подзарядки аккумулятора в течение ночи. Медленная зарядка выгодна, поскольку не требует какой-либо схемы обнаружения заряда.Кроме того, это дешево. Единственным недостатком этой системы зарядки является то, что для зарядки аккумулятора требуется максимальное время.

Зарядное устройство с автоматическим отключением батареи

Этот проект направлен на автоматическое отключение батареи от сети, когда она полностью заряжена. Эта система также может использоваться для зарядки частично разряженных элементов. Схема проста и состоит из преобразователя переменного тока в постоянный, драйверов реле и зарядных станций.

Схема зарядного устройства для мобильных аккумуляторов
Описание схемы

В секции преобразователя переменного тока в постоянный трансформатор понижает доступное напряжение переменного тока до 9 В переменного тока при 75 мА, которое выпрямляется с помощью двухполупериодного выпрямителя и затем фильтруется конденсатором. .Зарядное напряжение 12 В постоянного тока обеспечивается регулятором, и при нажатии переключателя S1 зарядное устройство начинает работать, а светодиод включения питания светится, показывая, что зарядное устройство «включено».

Секция драйвера реле состоит из транзисторов PNP для включения электромагнитного реле. Это реле подключено к коллектору первого транзистора и управляется вторым PNP-транзистором, который, в свою очередь, управляется PNP-транзистором.

В секции зарядки микросхема регулятора смещена примерно на 7.35В. Для регулировки напряжения смещения используется предустановка VR1. Между выходом ИС включен диод D6, и для зарядки аккумулятора используется ограничивающее выходное напряжение до 6,7 В.

При нажатии переключателя происходит защелка реле и начинается зарядка аккумулятора. Когда напряжение на ячейку превышает 1,3 В, падение напряжения начинает уменьшаться на R4. Когда напряжение падает ниже 650 мВ, транзистор T3 отключается и переходит на транзистор T2 и, в свою очередь, отключает транзистор T3.В результате реле RL1 обесточивается, чтобы отключить зарядное устройство, и красный светодиод LED1 гаснет.

Зарядное напряжение в зависимости от никель-кадмиевого элемента может быть определено с помощью технических характеристик, предоставленных производителем. Зарядное напряжение установлено на 7,35 В для четырех ячеек по 1,5 В. В настоящее время на рынке доступны элементы емкостью 700 мАч, которые можно заряжать от 70 мА в течение десяти часов. Напряжение холостого хода около 1,3В.

Точка напряжения отключения определяется путем полной зарядки четырех элементов (при 70 мА в течение четырнадцати часов) и добавления падения напряжения на диодах (до 0.65 В) после измерения напряжения и смещения LM317 соответственно.

В дополнение к вышеупомянутой простой схеме, реализация этой схемы в реальном времени на основе проектов солнечной энергетики обсуждается ниже.

Контроллер заряда солнечной энергии

Основная цель этого проекта контроллера заряда солнечной энергии - заряжать аккумулятор с помощью солнечных панелей. В этом проекте рассматривается механизм контроля заряда, который также обеспечивает защиту аккумулятора от перезаряда, глубокого разряда и пониженного напряжения.В этой системе с помощью фотоэлектрических элементов солнечная энергия преобразуется в электрическую.

Контроллер заряда солнечной энергии

Этот проект включает в себя такие аппаратные компоненты, как солнечная панель, операционные усилители, MOSFET, диоды, светодиоды, потенциометр и аккумулятор. Солнечные панели используются для преобразования энергии солнечного света в электрическую. Эта энергия накапливается в аккумуляторе в дневное время и используется в ночное время. Набор OP-AMPS используется в качестве компараторов для непрерывного контроля напряжения панели и тока в проводе.

Светодиоды используются в качестве индикаторов и горят зеленым цветом, показывая, что аккумулятор полностью заряжен. Точно так же, если аккумулятор недостаточно заряжен или перегружен, они светятся красным светом. Контроллер заряда использует MOSFET - силовой полупроводниковый переключатель для отключения нагрузки, когда батарея разряжена или находится в состоянии перегрузки. Транзистор используется для передачи солнечной энергии в фиктивную нагрузку, когда батарея полностью заряжена, и защищает батарею от чрезмерного заряда.

Фотовольтаический MPPT контроллер заряда на основе микроконтроллера

Этот проект направлен на разработку контроллера заряда с отслеживанием точки максимальной мощности на основе микроконтроллера.

Фотогальванический контроллер заряда MPPT

Основными компонентами, используемыми в этом проекте, являются солнечная панель, аккумулятор, инвертор, беспроводной приемопередатчик, ЖК-дисплей, датчик тока и датчик температуры. Электроэнергия от солнечных панелей поступает на контроллер заряда, который затем выдается в батарею и используется для хранения энергии. Выход батареи подключен к инвертору, который предоставляет пользователю выходы для доступа к накопленной энергии.

Солнечная панель, аккумулятор и инвертор приобретаются отдельно, а контроллер заряда MPPT разработан и изготовлен солнечными рыцарями.ЖК-экран предназначен для отображения заряда аккумулятора и других предупреждающих сообщений. Выходное напряжение изменяется с помощью широтно-импульсной модуляции от микроконтроллера к драйверам MOSFET. Способ отслеживания точки максимальной мощности с использованием реализации алгоритма MPPT в контроллере гарантирует, что аккумулятор заряжается на максимальной мощности от солнечной панели.

Так можно сделать зарядное устройство для мобильных телефонов. Два упомянутых здесь примера могут облегчить вам процесс. Более того, если у вас есть какие-либо сомнения и вам нужна помощь в реализации проектов в реальном времени и схем промышленных зарядных устройств, вы можете прокомментировать их в разделе комментариев ниже.

Фото:

  • Схема зарядного устройства для мобильных аккумуляторов от ggpht
  • Фотоэлектрический контроллер заряда MPPT от eecs
.

% PDF-1.6 % 3949 0 объект > endobj xref 3949 51 0000000016 00000 н. 0000003977 00000 н. 0000004131 00000 п. 0000004735 00000 н. 0000005160 00000 н. 0000005498 00000 п. 0000005989 00000 п. 0000006453 00000 п. 0000006575 00000 н. 0000006688 00000 п. 0000006803 00000 н. 0000006869 00000 н. 0000007248 00000 н. 0000007744 00000 н. 0000010592 00000 п. 0000012991 00000 п. 0000015815 00000 п. 0000015930 00000 п. 0000019165 00000 п. 0000022233 00000 п. 0000024750 00000 п. 0000025139 00000 п. 0000025396 00000 п. 0000028292 00000 п. 0000030746 00000 п. 0000034230 00000 п. 0000061186 00000 п. 0000061304 00000 п. 0000063722 00000 п. 0000063953 00000 п. 0000064037 00000 п. 0000064094 00000 п. 0000064130 00000 н. 0000064209 00000 н. 0000082088 00000 н. 0000082421 00000 п. 0000082490 00000 п. 0000082608 00000 п. 0000082687 00000 п. 0000082957 00000 п. 0000091872 00000 п. 0000100787 00000 н. 0000111467 00000 н. 0000579231 00000 п. 0000580717 00000 н. 0000582203 00000 н. 0000617361 00000 п. 0000902684 00000 н. 0000904395 00000 н. 0000003741 00000 н. 0000001342 00000 н. трейлер ] / Назад 13281215 / XRefStm 3741 >> startxref 0 %% EOF 3999 0 объект > поток hXkPW> t3 = (ݔ Cy (FQ # ct | ELȺ̪> @ |, 1MmlJU} ʞ`7w {9wsΝi

.

Как работает интеллектуальная батарея? - Батарейный университет

Узнайте о различных шинных системах и их ограничениях.

Спикер на конференции по батареям однажды сказал: «Батарея - это дикое животное, и искусственный интеллект приручает ее». Батарея иллюзорна и не показывает видимых изменений в процессе использования; он выглядит одинаково, когда он полностью заряжен или пустой, новый или старый и требует замены. Для сравнения, автомобильная шина деформируется при низком уровне воздуха и указывает на окончание срока службы при износе протектора.

Недостатки батареи можно резюмировать следующими тремя проблемами: [1] Пользователь не знает, сколько времени автономной работы осталось; [2] хост не уверен, может ли батарея удовлетворить потребность в энергии; и [3] зарядное устройство должно быть адаптировано для каждого размера и химического состава батареи. Решения сложны, и «умная» батарея обещает уменьшить некоторые из этих недостатков.

Пользователи аккумуляторов представляют себе аккумуляторную батарею как накопитель энергии, напоминающий топливный бак, подающий жидкое топливо.По соображениям простоты аккумулятор можно рассматривать как таковой; однако измерение запасенной энергии электрохимического устройства намного сложнее.

В то время как обычный датчик уровня топлива измеряет входящую и выходящую жидкость из бака известного размера с минимальными потерями, датчик уровня заряда батареи имеет неподтвержденные определения и показывает только напряжение холостого хода (OCV), которое является непостоянным отражением. заряда (SoC). Проблема усугубляется тем, что аккумулятор - это негерметичный и сжимающийся сосуд, который теряет энергию и потребляет меньше энергии с каждым зарядом.По мере уменьшения емкости указанный рейтинг в Ач (ампер-часах) больше не соответствует действительности. Датчик уровня топлива не может сам по себе оценить емкость; после перезарядки показание всегда показывает полный, даже если емкость упала до половины указанного Ач.

Самый простой метод измерения состояния заряда - это считывание напряжения, но это может быть неточным, поскольку токи нагрузки снижают напряжение во время разряда. Самая большая проблема - это плоская кривая напряжения разряда для большинства литиевых и никелевых батарей.Температура тоже играет роль; тепло повышает напряжение, а холодная - понижает. Перемешивание предыдущей зарядкой или разрядкой вызывает дальнейшие ошибки, и батарее требуется несколько часов отдыха для нейтрализации. (См. BU-903: Как измерить уровень заряда.)

Большинство батарей для медицинских, военных и вычислительных устройств являются «умными». Это означает, что между батареей, оборудованием и пользователем происходит некоторый уровень связи. Определения «умного» различаются между производителями и регулирующими органами, и самая простая интеллектуальная батарея может содержать не что иное, как микросхему, которая настраивает зарядное устройство на правильный алгоритм зарядки.В глазах форума Smart Battery System (SBS) эти батареи нельзя назвать умными. На форуме SBS говорится, что интеллектуальная батарея должна отображать состояние заряда.

Безопасность - ключевая цель дизайна, и концепция SBS заключается в том, чтобы поместить системный интеллект в аккумулятор. Таким образом, батарея SBS взаимодействует с микросхемой управления зарядом по замкнутому контуру. Несмотря на это цифровое наблюдение, большинство зарядных устройств SBS также полагаются на аналоговые сигналы от химической батареи для прекращения заряда, когда батарея полностью заряжена.Кроме того, по соображениям безопасности добавлено избыточное измерение температуры.

Benchmarq была первой компанией, предложившей технологию топливомеров в 1990 году. Сегодня многие производители предлагают микросхемы интегральных схем (ИС) в однопроводных и двухпроводных системах, также известные как шина системного управления (SMBus).

Оценка состояния заряда интеллектуальной батареи обычно включает подсчет кулонов - теорию, которая насчитывает 250 лет, когда Шарль-Огюстен де Кулон впервые установил «правило Кулона». На рис. 1 показан принцип подсчета кулонов, измерения входящей и исходящей энергии.Один кулон (1C) в секунду - это один ампер (1A). Разрядка батареи на ток 1А в течение одного часа соответствует 3600C. (Не путать с C-курсом.)

Рис. 1: Принцип действия указателя уровня топлива на основе подсчета кулонов.
Схема измеряет входящую и выходящую энергию; Накопленная энергия представляет собой состояние заряда. Один кулон в секунду - это один ампер (1А).
Предоставлено Cadex


Подсчет кулонов должен быть безупречным, но возникают ошибки.Если, например, аккумулятор заряжался в течение 1 часа при токе 1 ампера, то такое же количество энергии должно быть доступно при разряде, и ни один аккумулятор не сможет обеспечить его. Неэффективность приема заряда, особенно ближе к концу заряда и особенно при быстрой зарядке, снижает энергоэффективность. Потери также возникают при хранении и при разряде. Доступная энергия всегда меньше, чем было подано в аккумулятор.

Однопроводная шина

Однопроводная система, также известная как 1-Wire, обменивается данными по одному проводу на низкой скорости.Разработанный Dallas Semiconductor Corp., 1-Wire объединяет данные и часы в одну линию для передачи; Манчестерский код, также известный как фазовое кодирование, разделяет данные на принимающей стороне. По соображениям безопасности большинство аккумуляторов также работают с сепаратором

.

Смотрите также