Как работает аккумулятор автомобиля: Как работает автоаккумулятор, авто

Как работает аккумулятор

Как работает автомобильный аккумулятор? Автомобильный аккумулятор обеспечивает всю электросистему машины необходимым количеством электроэнергии для питания всех электрических компонентов в Вашем автомобиле. И речь здесь идёт о довольно огромной ответственности. Без аккумулятора автомобиль, как Вы, наверное, уже поняли, никуда не поедет. Давайте взглянем на то, как работает этот мощный маленький ящик! Химическая реакция — это главный принцип работы аккумулятора: он попросту преобразует химическую энергию в электрическую, необходимую для питания Вашего автомобиля, обеспечения напряжением стартера и множества других электрических узлов машины, а также электрическую — обратно в химическую. Ещё одна важная функция аккумулятора — он обеспечивает постоянство силы тока — он также стабилизирует напряжение для того, чтобы двигатель работал

По-простому принцип работы аккумулятора можно охарактеризовать так: химические процессы в нём приводят в появлению электрического тока, которым питается автомобиль — особенно полезен такой ток, и больше всего его потребляется, когда Вы стартером раскручиваете двигатель, заводя его; когда же автомобиль заведён, то двигатель крутит генератор — и здесь мы видим процесс превращения механической энергии (кручение генератора) в электрическую — в свою очередь генератор передаёт произведённый им ток аккумулятору, и тот превращает уже электроэнергию в химическую — аккумулирует её, сохраняет, чтобы затем опять «накормить» ей тот стартер или любые иные электрические системы автомобиля, когда генератор не работает или же когда электроэнергии, производимой генератором недостаточно для обеспечения всех систем автомобиля.

Автомобильный аккумулятор имеет два полюса: один положительный и второй — отрицательный, и Вы, наверное, уже знаете это, если хотя бы раз видели или отсоединяли/крепили клеммы аккумулятора. Эти полюсы подключаются к машине и отвечают за питание ряда очень важных механизмов автомобиля, в том числе: Запуск двигателя Кондиционер Воспроизведение аудиосистемы Все световые механизмы (фары, задние фонари, разного рода подсветки и т.п.) Стеклоочистители Многое-многое другое. В подавляющем большинстве случаев аккумулятор состоит из шести ячеек. В каждую ячейку помещаются два электрода, представляющих собой и изготовленных из восьми перекрывающихся металлических пластин. Эти восемь перекрывающихся металлических пластин образуют то, что известно как «гальванический элемент». Таким образом, в общей сложности каждая ячейка включает 2 электрода и 16 пластин. Именно через эти пластина производится питание электричеством автомобиля. Но как это работает? На самом деле, всё достаточно просто — давайте резюмируем вышеописанное: Батарея состоит из шести ячеек Каждая ячейка состоит из двух наборов пластин Каждый набор пластин включает в себя восемь перекрывающихся металлических пластин

А теперь немного химии. .. Первый набор пластин в ячейке является положительным, а второй — отрицательным. Положительное сетка покрыта оксидом свинца и приносит электроны в ячейку. Отрицательный набор покрыт непосредственно свинцом, и он, наоборот, освобождает электроны. Металлические пластины — помните, восемь из них в каждой сетке, 16 в каждой ячейке — находятся в смеси воды и серной кислоты (на самом деле в этой концентрации только около 35 процентов серной кислоты, но этого более чем достаточно, чтобы, например, прожечь одежду и сильно обжечь кожу. Эта смесь действует как электролит — вещество, которое хорошо проводит электричество. Когда аккумулятор заряжается (от генератора или другими способами), то происходит химическая реакция окисления свинца на положительном заряде, в результате чего электролит насыщается серной кислотой и удельный вес электролита повышается. Когда же аккумулятор, наоборот, разряжается, питая какие-либо электросистемы автомобиля (мы помним, что основной потребитель — это стартер), то за счёт восстановления свинца на другом — отрицательном наборе пластин, в результате которого образуется больше воды, и, следовательно, удельный вес электролита уменьшается.

При этом, химический процесс в каждой из пластин настолько ничтожен, что выделяется очень мало энергии, но на выходе из аккумулятора легкового автомобиля, когда все эти реакции проходят по всем 6 ячейкам, мы и получаем уже сокровенные 12 Вольт. Возможные неполадки аккумулятора Аккумулятор со временем приходит в негодность — это естественный его износ и, кроме того, разного рода вредные процессы в нём и воздействия на него могут значительно укоротить срок его жизни. И первыми симптомами того, что в аккумуляторе есть неполадки, являются неспособность завести автомобиль (особенно, в морозную погоду).

Итак, какие же могут быть проблемы с аккумулятором? Низкий уровень жидкости в аккумуляторе: автомобильные аккумуляторы обычно имеют небольшую часть корпуса в виде полупрозрачной полосы — чтобы Вы всегда могли следить за уровнем жидкости Вашего аккумулятора. Если уровень жидкости ниже свинцовых пластин (проводник электричества) внутри аккумулятора, то это самое время, чтобы либо долить её, либо заменить аккумулятор. «Отёк» аккумулятора — это когда корпус Вашего аккумулятора выглядит так, как-будто он съел очень много и вздулся. Это может указывать на срочную замену аккумулятора. Можно обвинить избыточное количества тепла в качестве причины вздутия аккумулятор и, как следствие, уменьшения срока службы аккумулятора. Запах тухлых яиц от аккумулятора: Вы можете заметить острый запах тухлого яйца (на самом деле, это запах серы) вокруг своей батареи. Причина: протечка аккумулятора. Протечка эта, кроме запаха, также вызывает коррозию вокруг клемм.

автомобильные и литий-ионные, устройство и принцип работы — сообщение

Современное производство, да и всю нашу жизнь невозможно представить без аккумуляторов и батареек. Они необходимы для работы автомобилей, сотовых телефонов, ноутбуков и даже детских игрушек. А при аварийных отключениях электроснабжения они обеспечивают бесперебойную работу различного оборудования. Сегодня в докладе мы познакомим вас с устройством и работой аккумуляторных батарей и литий-ионных аккумуляторов.

Общие сведения об аккумуляторных батареях

Аккумуляторы — устройства, которые являются химическими источниками тока. Они способны накапливать электрическую энергию и отдавать ее по мере необходимости.

Т.е. заряженный аккумулятор является источником электроэнергии. Для зарядки его следует подключить к постороннему источнику питания. При этом происходит процесс превращения электрической энергии источника тока в химическую энергию аккумулятора.

При подключении его к внешней цепи происходит его разрядка, в процессе которой его химическая энергия превращается в электрическую.

Автомобильный аккумулятор

Система электроснабжения автомобиля обязательно включает аккумуляторную батарею. Она предназначена для запуска двигателя, питания некоторых устройств (сигнализации, дворников, кондиционера и т.д.) Его значение столь велико, что часто его называют «сердцем автомобиля».

Как же устроен аккумулятор? Немного упростив детали, его

конструкцию можно представить как систему решетчатых свинцовых пластин, находящихся в проводящей жидкости-электролите. Этот химический раствор состоит из 65% воды и 35% серной кислоты. Обычно в аккумуляторе 6 элементов, каждый из которых дает напряжение 2 V. Всего на клеммы аккумуляторной батареи поступает напряжение 12 V. При этом напряжении энергии аккумулятора достаточно для того, чтобы заработал стартер и завёлся двигатель.

В каждом элементе есть положительная и отрицательная пластина. Т. е. на одной — избыток электронов, а на другой их недостаток. Положительные пластины покрыты двуокисью свинца, а отрицательные губчатым свинцом. Когда аккумулятор подключают к потребителю, между покрытием пластин и электролитом начинаются химические реакции, порождающие электрический ток. Именно по электролиту происходит движение электронов от отрицательной пластины к положительной.

В результате этого процесса на пластинах выделяется сульфат свинца, а электролит при этом истощается.

И аккумулятору нужно вновь зарядиться. Заряжающую функцию выполняет генератор переменного тока автомобиля. Когда автомобиль движется, работающий двигатель и приводит в действие генератор, подзаряжающий аккумулятор. Зарядка производится в процессе обратной химической реакции. Выходящие из генератора электроны, восстанавливают покрытие свинцовых пластин и плотность электролита. Аккумулятор вновь готов к работе. Если же аккумулятор не успевает полностью восстановить свой заряд от генератора, его подключат к специальному зарядному устройству.

Срок службы аккумулятора зависит от многих факторов: манеры езды водителя, насколько регулярно и правильно проводится его зарядка и обслуживание т.д.

Вообще стандартный ресурс работы аккумулятора 4 года. За этот период постепенно усиливается сульфатизация пластин, и они перестают принимать зарядный ток. Эта маленькая электростанция может и не подавать вида, что ей требуется замена. А просто в один прекрасный момент водитель не сможет завести двигатель.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Самый популярный вид аккумулятора, применяемый в электронной бытовой технике (сотовых телефонах, ноутбуках и т. д.) — это литий-ионный аккумулятор. Его популярность легко объяснима. Это устройство выгодно отличается от своих собратьев:

• более быстрой зарядкой;
• большей мощностью;
• меньшим весом;
• более долгим сроком службы;
• низким саморазрядом.

В подтверждение этих достоинств приведём такие цифры — число рабочих циклов у них достигает 1000, что в 2 раза больше чем у других подобных устройств; а напряжение на отдельном элементе достигает 3,6 В, тогда как у других видов аккумуляторов не превышает и 2В.

Важным его достоинством является «эффект памяти», позволяющий ставить устройство на подзарядку в любой момент, независимо от имеющегося уровня зарядки. Это особенно важно, если предстоит его непрерывная и длительная эксплуатация.

Устройство и принцип работы

Литий-ионные аккумуляторы могут иметь либо цилиндрическую, либо плоскую форму. Его электроды разделены слоем сепаратора и электролита. Для изготовления катода используют литий, анод выполняется из пористого углерода. Пропиленовый сепаратор разделят разноименно заряженные электроды. Носителями заряда являются ионы электролита. В процессе разряда их поток направлен от анода к катоду. При зарядке — от катода к аноду. Контакты от катодов и анодов подсоединены к наружным клеммам. Причём к алюминиевому корпусу устройства подключен положительный электрод. Для безопасной эксплуатации предусмотрена защита, предохраняющая устройство от перезаряда.

Срок их службы зависит от количества зарядов и разрядов. Если предполагается их длительное хранение без использования, лучше всего это сделать при половинном заряде аккумулятора

К недостаткам литий-ионных аккумуляторов можно отнести их относительно высокую стоимость.

Автор: Драчёва Светлана Семёновна

---

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

---

Вы можете оставить комментарий к докладу.

Как работает аккумулятор. — автонастрой

Как работает аккумулятор.

 В данной статье, составленной простым языком, вы узнаете о том, как работает аккумулятор.​ Эти знания помогут вам понять процессы, приводящие в движение ваш автомобиль Для того чтобы машину привести в движение, нужен двигатель, а для того чтобы двигатель заработал, необходим аккумулятор,например https://byakb.by/.​

Как мы все знаем, без электричества, которое генерирует аккумулятор, автомобиль мёртв. Аккумулятор не только генерирует электроэнергию, он её производит. Эта невзрачная коробочка, которую мы называем аккумулятором, выполняет две диаметрально противоположные функции, при помощи одних и тех же элементов, одинаково расположенных. Он генерирует, и аккумулирует. Это происходит благодаря двум обратным реакциям .

Через клеммы отрицательных и положительных полюсов, аккумулятор распространяет электроны по всей машине. ​ Приводя в действия электроприборы, а главное стартер. Внутри аккумулятора находится шесть электро вырабатывающих элементов. В каждом из элементов по два набора электродов. Каждый набор имеет в себе восемь пластин, итого шестнадцать. Положительная пластина (сетка), притягивает электроны, отрицательная отталкивает Пластины находятся в химическом растворе. Он состоит из 65% дистиллированной воды, и 35% серной кислоты.​ Это летучий состав.

Всего одна капля может прожечь вам одежду, и оставить ожог. Внутри пластин происходит мощнейшая химическая реакция, которая повторяется каждый раз, как только аккумулятор начинает садится. Раствор воды, и серной кислоты является электролитом. Веществом, которое проводит электрический ток. ​Когда аккумулятор разряжается, или производит электричество, кислотный раствор вступает в реакцию с химическими веществами на пластинах. Свинцом который покрывает одну пластину, и свинцовым суриком, покрывающего другую пластину. Попадая в электролит, они выделяют частицы — электроны. Которые в дальнейшем движутся по пластинам, вырабатывая электричество. ​

Как я уже ранее писал, в аккумуляторе шесть секций. Каждая секция вырабатывает 2 вольта электричества. В дальнейшем электроны из первого элемента (секции), попадают во второй, набирая 4 вольта, потом в третий, четвёртый, пятый, и последний шестой. Выдавая в общей сложности 12 вольт. В дальнейшем, когда аккумулятор отдал своё электричество автомобилю, ему необходимо вновь зарядится.​ Это происходит благодаря обратной химической реакции. Электроны выходящие из генератора, попадают в аккумулятор через отрицательные пластины элементов, и выходят через положительные.Таким образом химические вещества на пластинах, возвращаются в исходное положение, и восстанавливается заряд.

Так что не забывайте. Для того чтобы ваш аккумулятор правильно работал, необходима обратная реакция.​ А самое важное — качественные элементы аккумулятора. Обращайтесь в магазины, где вам помогут подобрать аккумулятор специалисты, если вы не можете этого сделать самостоятельно.

Выбираем аккумулятор для автомобиля с системой «Старт-Стоп»

Хорошо это или плохо, но топливная эффективность стала определяющим фактором выбора машины. Сегодня автомобиль покупают с калькулятором в руках, заранее просчитывая, во сколько обойдётся его эксплуатация. Само собой, автопроизводители не живут в отрыве от рынка (те, кто пытались, давно обанкротились). Даже если под капотом современной машины «отсталый» двигатель внутреннего сгорания, а не модный гибрид или электромотор, он обязательно оснащён эко-режимом и какой-нибудь энергосберегающей функцией.

Массовым «зелёным» решением стала система «старт-стоп», автоматически глушащая двигатель в пробках. Это уже не опция для энтузиастов, а базовое оснащение сотен моделей машин, о котором их владельцы могут и не знать до первой остановки на светофоре.

Если вы записались в ряды «зелёных» автолюбителей, то выбор стартерной батареи существенно сужается.

При чём тут автомобильные аккумуляторы? Если вы добровольно или случайно записались в ряды «зелёных» автолюбителей, то ваш выбор стартерной батареи существенно сужается. Аккумулятор для системы «старт-стоп» нужен особый: она отправляет заслуженные «кислотники» на пенсию, требуя других решений. Давайте разберёмся, почему.

Как работает система «старт-стоп»

Идея системы Start&Stop проста: автоматически выключать двигатель, пока машина стоит на светофоре или в пробке, чтобы не тратить топливо на работу мотора вхолостую. И быстро заводить его при отпускании педали тормоза. По разным оценкам, экономия бензина благодаря «старт-стопу» составляет 5–10%. Но какой ценой?

За день разъездов по городу автомобиль заглохнет и заведется десятки раз. Очевидно, для таких режимов нужен усиленный стартер. Часто вместо него применяют реверсивный генератор, способный и питать бортовую сеть, и быстро заводить двигатель. Но всё же главная нагрузка ложится на аккумуляторную батарею.

Срок жизни аккумулятора определяется не только возрастом, но и количеством циклов разряда/заряда. Нетрудно представить, сколько раз за день батарея разрядится и вновь зарядится при работающей системе «старт-стоп». К тому же, зарядка нужна быстрая, чтобы восполнить потери уже к следующему перекрёстку.

Бортовая электроника, климат-контроль и аудиосистема продолжают работать. Вся эта нагрузка ложится на аккумулятор.

На что, кроме пуска двигателя, тратится энергия батареи? Когда мотор глушится системой Start&Stop, бортовая электроника, климат-контроль и аудиосистема продолжают работать: водитель может даже не заметить, что двигатель остановлен. Вся эта нагрузка ложится на аккумулятор, на долю которого выпадают не просто частые разряды, а глубокие частые разряды — наиболее губительный для свинцово-кислотных батарей режим работы.

Обычный аккумулятор — и продвинутый, но «нежный» кальциевый, и более кондовый сурьмянистый, и гибридный — при такой эксплуатации посыплется в самом прямом смысле, заставив вспомнить о безопасной утилизации свинца. Очевидно, что для машин с системой «старт-стоп» нужны более выносливые батареи, устойчивые к глубоким разрядам и быстро принимающие заряд. И они есть.

Аккумуляторы AGM

Аббревиатура AGM расшифровывается как Absorbent Glass Mat — абсорбирующий мат из стекловолокна. В AGM-аккумуляторах нет привычного жидкого электролита: он абсорбирован, т. е. впитан специальными вставками между пластин. Это не только позволяет ему работать в любом положении (под углом, на боку), но и существенно улучшает характеристики батареи. Аккумуляторы AGM отличаются высоким пусковым током, не боятся глубоких разрядов и быстро заряжаются, благодаря низкому внутреннему сопротивлению. Срок службы аккумуляторов AGM намного выше, чем у их жидкостных собратьев.

В AGM-аккумуляторах нет привычного жидкого электролита.

Из-за отсутствия жидкого электролита AGM-батареи часто называют гелевыми, но это разные технологии. Гелевые аккумуляторы в основном используются в качестве тяговых батарей, а стартерные «гелевые» модели на поверку оказываются AGM. Подробнее об их особенностях читайте в отдельном материале: AGM-аккумулятор, универсальный «солдат».

Технологии AGM уже полвека, но раньше такие батареи применяли лишь в авиации, мотоциклах, автоспорте и компьютерной технике. Для массового автомобильного рынка их возможности казались чрезмерными, тем более, что цена на аккумуляторы AGM немалая. С появлением на машинах системы «старт-стоп» всё изменилось: именно здесь раскрылись сильные стороны AGM-батарей, а их выносливость и солидный ресурс оправдали высокую стоимость.

Аккумуляторы EFB

Аккумуляторы EFB (Enhanced Flooded Battery — усиленная батарея с жидким электролитом) создавались специально для системы «старт-стоп» в качестве доступной альтернативы AGM. Жидкий электролит в них есть, но его примерно в три раза меньше, чем в классических свинцово-кислотных батареях. Пластины в аккумуляторах EFB усилены и запечатаны в «конверты» из специального волокна, защищающие от сульфатации и осыпания активной массы — печальных последствий частых разрядов.

Цена на аккумуляторы EFB ниже, чем на AGM-батареи, а ресурс и устойчивость к глубоким разрядам заметно выше, чем у обычных жидкостных аккумуляторов. Постоянные циклы разряда/заряда, связанные с работой системы «старт-стоп», батареи EFB успешно выдерживают, поэтому именно их обычно рекомендуют владельцам «зелёных» машин.

Аккумуляторы EFB — промежуточная ступень между AGM и обычной жидкостной батареей.

Что лучше: AGM или EFB?

Напрямую сравнивать батареи EFB и AGM не совсем корректно. Оба типа аккумуляторов хорошо показывают себя в «зелёных» машинах с системой «старт-стоп», но делаются они по разным технологиям и для разных задач. AGM — это бескомпромиссное решение, способное работать в экстремальных условиях, при сильных вибрациях и больших кренах, выдавать стабильное напряжение без просадок и быстро восполнять заряд. За это их уважают джиперы, использующие мощные электрические лебёдки, и любители качественного автозвука. Высокая стоимость батарей AGM вполне соответствует их уровню.

Аккумуляторы EFB — промежуточная ступень между AGM и обычной жидкостной батареей, их можно назвать удачным компромиссом. Будучи конструктивно ближе к «классике», EFB не сильно уступает AGM в стойкости к глубоким разрядам и скорости зарядки. Это решение для тех, кто не готов переплачивать за экстремальные возможности батарей AGM, а просто хочет обеспечить нормальную работу системы «старт-стоп». В этом случае купить аккумулятор EFB — разумный выбор.

Аккумулятор для гибридного автомобиля

А что если нужен аккумулятор для гибрида? Ведь помимо мощной тяговой батареи, питающей электромотор, в гибридах есть и обычный стартерный аккумулятор, как и в любой бензиновой машине. Здесь всё просто: в любом гибриде, в том числе «мягком» (Mild Hybrid), система «старт-стоп» есть априори. И выбор аккумулятора для гибрида ничем не отличается от описанного выше — это батареи AGM и EFB. Например, на Toyota Prius с завода установлен именно AGM-аккумулятор на 45, А•ч.

Штатный аккумулятор гибрида Toyota Prius, выполненный по технологии AGM (OEM-номер 28800-YZZPD). Изготовлен, кстати, в Корее.

Как «прикурить» аккумулятор AGM или EFB

Устойчивость аккумуляторов AGM и EFB к глубоким разрядам — это способность заряжаться после них полностью, не теряя прежней ёмкости. Что не делает глубокий (или даже полный) разряд невозможным — обмануть физику не получится.

Что делать, если батарея полностью разрядилась? Есть разные мнения, можно ли «прикуривать» AGM-аккумулятор. Кто-то уверен, что категорически нельзя, другие считают, что ничего страшного не случится. Разумнее исходить из конкретной ситуации: если в батарее остался какой-то ток, но его не хватает, чтобы завести двигатель — вполне допустимо помочь ей «прикуркой», если делать всё правильно и использовать качественные пусковые провода. Если же аккумулятор посажен «в ноль» — не стоит мучить технику. Разряженную батарею нужно снять и полностью зарядить от внешнего зарядного устройства. Это касается не только AGM, но и EFB, и обычных жидкостных аккумуляторов.

Если аккумулятор посажен «в ноль» — не стоит мучить технику. Батарею нужно снять и полностью зарядить.

Зарядка аккумуляторов EFB и AGM

Как зарядить EFB и AGM аккумуляторы внешним зарядным устройством? В части зарядки батареи EFB ничем не отличаются от обычных, поскольку в них тоже используется жидкий электролит. Аккумулятор заряжается током, равным 10% от номинальной ёмкости и напряжением не выше 14,8 В. На цифровом зарядном устройстве для зарядки EFB-батареи следует выбирать режим для жидкостных аккумуляторов (WET или SLI). Температурная компенсация (значок снежинки на зарядном устройстве) для EFB не требуется.

С батареями AGM всё немного сложнее из-за их большей чувствительности к перезаряду: напряжение не должно превышать 14,4 В. Чтобы правильно зарядить AGM-аккумулятор, лучше использовать электронное зарядное устройство с микропроцессором, поддерживающее режим зарядки AGM и температурную компенсацию. При ручной зарядке обычным трансформаторным «зарядником» велик риск перегреть стекломаты батареи.

Что касается зарядки непосредственно в машине, то не стоит переживать: генератор современного автомобиля, тем более «зелёного», успешно справится с любым типом батареи.

Carfort Charge-50 — пример зарядного устройства для AGM-аккумуляторов.

Чтобы не сел и не «умер» аккумулятор авто в мороз

15.11.2016

Меньше всего проблем зимой у владельцев теплых гаражей, зарядного устройства и второго аккумулятора.

Важные для зимней эксплуатации авто факты: 

— при температурах ниже «нуля» емкость любого свинцово-кислотного аккумулятора уменьшается от 20% до 50%, в зависимости от возраста самого АКБ, его состояния и температуры окружающей среды. Чем холоднее на улице и старше батарея тем «меньше» она становится. Обычный закон химии: при понижении на 10°С — скорость химических реакций замедляется в 2 раза. В сравнении с летним периодом разница в 30-40°С даст замедление скорости токообразующих реакций в аккумуляторе в 6-8 раз. И принимать заряд и отдавать батарея будет хуже. В целом это и сказывается на меньшей емкости батареи зимой.

— напряжение на клеммах даже у полностью заряженного аккумулятора на морозе падает с 12,7 Вольт вплоть до 12,4 Вольт. Неприятность состоит в том, что при таком низком напряжении в десятки раз увеличивается саморазряд да и запас емкости зимой меньше (если летом машину можно было оставлять на недели без движения то в морозы на 1-3 дня)

— зимой очень много мокрой грязи попадает под капот. Проверяйте чистоту клемм и самого корпуса аккумулятора — грязь может забить вентиляционные каналы, которые обеспечивают удаление газа, образующегося в процессе работы аккумуляторной батареи. Грязь на клеммах способствует их быстрому ржавлению и как следствие увеличению сопротивления в цепи и уменьшению площади контакта. Грязь на аккумуляторе образовывает незапланированные «проводники тока», по которым утекает заряд батареи

— короткие поездки в зимнее время из-за большого количества включенных электроприборов практически не заряжают аккумулятор, так как понижено напряжение в сети да и аккумулятор не успевает «отогреться». Ток заряда по сравнению с летним периодом ниже в 2-3 раза. Тем, кто использует автомобиль в таком режиме, необходимо раз в 2 недели АКБ подзаряжать.

— перед наступлением зимних холодов обязательно проверьте на сервисе состояние своего аккумулятора, стартера и генератора.

— зимой желательно эксплуатировать машину каждый день и не допускать простоев больше 1-2 дней, особенно если авто ночует на улице. Если машина будет стоять без движения на срок более долгий: рекомендуем в таких случаях забирать аккумулятор в теплое помещение. Для тех, у кого машины находятся в гаражах, снимите как минимум клемму с АКБ.

Правильнее всего никогда не допускать разрядку аккумулятора более чем на 1/4 полной зарядки.  Уровень заряженности определяем или по плотности электролита или по напряжению на токовыводах: 
Заряжен на 100%: плотность электролита (ПЭ) 1,285; НРЦ 12,7 В; замерзнет при — 65°С 
75%: ПЭ 1,252; НРЦ 12,5 В;  — 50°С 
50%: ПЭ 1,210; НРЦ 12,35 В;  — 29°С
25%: ПЭ 1,180; НРЦ 12,2 В;  — 18°С
Полностью разряжен: ПЭ 1,140; НРЦ 11,9 В; — 12°С
Критически разряжен: ПЭ ниже 1,140; НРЦ 8-11В; электролит замерзнет при любых морозах.

Что зимой с аккумуляторной батареей делать категорически НЕЛЬЗЯ:

— (если вы не ездите зимой) заводить авто и греть на холостых. 

Результат: скорее всего аккумулятор разряжен до 8-10 Вольт и нагрузки током холодной прокрутки для него смертельно опасны! Измерьте напряжение тестером прежде чем заводить двигатель

— прикуривать и ездить на севшем практически в ноль аккумуляторе (при 7-11 Вольт напряжении).

Результат: мертвый АКБ. Во-первых, намазка у разряженного аккумулятора держится на пластинах на порядок хуже чем у заряженного — она просто «стечет» от вибрации с электродов. Во-вторых, ток в такую батарею будет подаваться выше предельно допустимого (нет  ограничения max. тока заряда в авто, кроме машин премиум класса). Погуглите фотографии раздувшихся или даже взорвавшихся аккумуляторов.

— принеся замерзший аккумулятор домой и не дав ему отогреться часов 5, сразу ставить на зарядку.

Результат: либо взорвется, либо просто треснет и будете думать как убрать с пола серную кислоту. Если очень торопитесь поставьте АКБ в таз с горячей водой, и лишь потом заряжайте.

— оставлять разряженный аккумулятор на морозе.

Результат: Вода в электролите замерзнет, а свинцовые пластины осыпятся.  Придется купить новый аккумулятор, а старый сдать на утилизацию.

Миф про аккумуляторы большой емкости

На холоде емкость и частично ток запуска у всех аккумуляторов падают. Так сурьмянистые аккумуляторы старого типа, емкость потеряют в два раза (малое количество пластин, толстый слой намазки, легирование сурьмой). И у современных кальциевых (Са/Ca) и гибридных (Ca/Ag, Ca/Se) аккумуляторов емкость и частично пусковой ток уменьшатся. Исходя из такой особенности всех аккумуляторов мы рекомендуем водителям, постоянно эксплуатирующим авто в зимнее время, устанавливать батареи большей емкости — при возможности установки в посадочное место аккумулятора (АКБ большей емкости в основном обладают большими размерами). Идеальный вариант, кстати реализованный в автомобилях премиум класса и внедорожниках — установка двух аккумуляторов, подключенных параллельно! А миф о том, что генератор не сможет зарядить аккумулятор большей емкости, чем был установлен штатно с конвейера — всего лишь миф, распространяемый в интернете. Особенно часто этим грешат автофорумы. Аккумулятор большего объема — как топливный бак с большим литражом: дольше заправлять его полностью на заправке, но и проехать можно дальше. А скорость расхода топлива — зависит от стиля езды.
Хотя зимой ваш топливный бак объема не теряет. 

Приспособленность гибридных аккумуляторов к зимним условиям

Гибридные аккумуляторы взяли от остальных типов АКБ их самые сильные стороны:
— у свинцово-сурьмянистых батарей: их способность не боятся глубоких разрядов.
— от кальциевых батарей: минимальное выкипание электролита и низкий саморазряд

Аккумуляторы А-Мега созданы по инновационной гибридной технологии (Innovative Hybrid Technology) знаменитой немецкой компании Moll Accu. В результате были получены универсальные мощные аккумуляторные батареи с высокими эксплуатационными характеристиками.

— диапазон рабочих температур: от -50° С до +60° С
— производитель гарантирует качество своих АКБ и подтверждает это сроком гарантии на 36 месяцев.

Как работает автомобильный аккумулятор и возможные причины его взрыва

Вернуться в раздел Новости, Познавательный блог

Как известно самый основной источник электроэнергии в любом автотранспортном средстве является аккумуляторная батарея (АКБ). С ее помощью идет обеспечение запитывания бортовых сетей и запускной силовой установки автомобиля. Самыми распространенными считаются АКБ со свинцово-кислотной начинкой. Использование в таких батареях электролита ( растворенная в дистилляте серная кислота), что способствует протеканию успешных химических реакций.

Именно такой процесс способствует возникновению электрических зарядов, что и способствует появлению электроэнергии. Такие аккумуляторные батареи с первого взгляда считаются безопасными, но это не всегда так. Все дело в том, что данный вид АКБ обладают герметичными корпусами способствующему предотвращению вытеканию электролита, который в тоже время очень хрупкий при механических воздействиях (удары, толчки). В последствии может возникнуть на корпусе трещины или сколы, что может привести к вытеканию электролита и взрыву из-за разлета частиц корпуса. Как известно, протекания в аккумуляторе постоянных химических реакций может стать причиной появления взрывоопасных веществ. Многие даже не знают, что основным источником такого процесса является дистиллированная вода.

Если подробно разобраться в причинах взрыва аккумуляторных батарей нужно в первую очередь знать, что они постоянно работают в состоянии заряда-разряда. В данном процессе протекают такой окислительно — восстановительная химическая реакция, когда основной источник потребления электроэнергии — стартер при запуске мотора начинает ее активно потреблять с АКБ и после включается в работу генератор для подзарядки батареи и стабильной работы других потребителей энергии. В данном процессе свинец преобразуется в сульфат свинца. Кипение электролита происходит в основном когда АКБ находится на длительной зарядке или при длительной работе. В данном случае выделяются пары горючего газа.

Нужно ли снимать аккумулятор, если машина долго не эксплуатируется?

Не все автовладельцы постоянно ездят на своих автомобилях, довольно часто бывают ситуации, когда машина не используется длительное время. Это происходит по разным причинам, например, человек работает вахтовым методом и по нескольку месяцев не бывает дома или просто не любит ездить по зимним заснеженным дорогам. Часто автомобили простаивают, когда хозяева уезжают в отпуск. Так надо ли во всех этих случаях снимать аккумулятор, или это вовсе не обязательно делать? Иногда АКБ можно и не снимать, но чаще всего без этого не обойтись, если вы не хотите покупать новую батарею.

Что происходит с аккумулятором, если его не снять с простаивающего автомобиля

Если вы длительное время не используете свою машину, но аккумулятор не сняли, то он постепенно начинает разряжаться. Это происходит по следующим причинам:

• При накинутых на аккумулятор клеммах всегда есть микротоки разряда, даже если все выключено. У всех потеря заряда от этих микротоков разная, у кого-то довольно сильная, у кого-то почти незаметна, но есть она абсолютно у всех.
• При длительном простое любой аккумулятор, даже самый лучший, постепенно разряжается из-за токов саморазряда.
• Очень редко бывает, что поверхность АКБ идеально чистая, обычно на ней бывают загрязнения от испарений, осадков, антифриза, пыли и прочего. А грязь и влага очень способствует разряду батареи.

За несколько месяцев простоя аккумулятор может разрядиться ниже 50 %, плотность электролита значительно снижается. В теплое время года электролит не замерзнет, но вот активная масса пластин может быстро прийти в негодность. Уже при 25% потере заряда незаряженная намазка пластин от вибрации начинает оплывать вниз, площадь активной поверхности уменьшается и впоследствии не восстанавливается даже при полном заряде, реальная емкость аккумулятора снижается.

Если вы летом долго не ездили на своем автомобиле, проверьте сначала заряд аккумулятора, прежде чем заводить мотор. Когда заряд падает ниже 12 Вольт нельзя заводить мотор и заряжать АКБ от генератора, это может привести к высоким токам заряда (выше 10% емкости батареи), нагреву и избыточному газообразованию внутри батареи, что может привести к её вздутию.

Из всего вышесказанного следует, что после длительного простоя автомобиля в теплое время года нужно проверить заряд аккумулятора, при необходимости зарядить батарею, а уже только потом можно смело заводить мотор.

Почему зимой следует хранить аккумулятор в относительно теплом помещении

Зимой разряд аккумулятора значительно более опасен, чем в теплое время года. Потерявший плотность электролит начинает замерзать даже при не очень низких температурах, кристаллы льда разрушают обмазку пластин. Чем сильнее промерзнет батарея, тем печальнее последствия. Может повредиться не только обмазка, но и сама пластина. Иногда не выдерживает и разрывается льдом корпус АКБ. Тогда вам придется купить аккумулятор взамен испорченного, и хорошо, если ничего больше в вашем автомобиле не пострадает.

Чтобы избежать промерзания аккумулятора его необходимо снять с автомобиля и хранить в помещении, где температура воздуха не опускается ниже -5 градусов. Лучше, если это будет темная кладовка или подвал, так как воздействие прямых солнечных лучей может способствовать деформации корпуса аккумулятора.

Также следует помнить, что АКБ всегда должен храниться в горизонтальном положении. Помещение для хранения должно хорошо проветриваться и быть достаточно сухим, так как аккумулятор все время понемногу разряжается (чем выше температура воздуха, тем сильнее саморазряд), выделяя при этом взрывоопасную кислородно-водородную смесь, необходимо чтобы её концентрация не превышала нормы.

Не забывайте время от времени проверять заряд аккумулятора во время хранения, и, при необходимости, подзаряжать, чтобы не потерять его емкость. Перед установкой на автомобиль и началом эксплуатации аккумулятор нужно полностью зарядить. Помните, что при отключении аккумулятора часть настроек вашего автомобиля была сброшена, в том числе и адаптация. Чтобы компьютер снова запомнил манеру вашей езды, нужно проехать около 50-100 километров. Удачи вам на дорогах и долгой службы аккумулятора!

Как работает автомобильный аккумулятор?

Автомобильные аккумуляторы используются чуть более века, бесшумно работая под капотом или в багажнике автомобилей по всему миру. Обычно мы не уделяем много внимания автомобильному аккумулятору, если что-то не перестает работать, но как вообще работает автомобильный аккумулятор?

Автомобильный аккумулятор — это устройство для хранения энергии, основанное на научных открытиях, сделанных в конце 1700-х годов, кульминацией которых стало создание Алессандро Вольта первого настоящего аккумулятора в 1800 году.Батарея Вольта состояла из разнородных металлических пластин, разделенных листами ткани, пропитанными рассолом, раствором электролита. Вольта не мог полностью объяснить, как это доставило небольшой электрический заряд, но другие опирались на его работу, постоянно улучшая технологию.

Внешний вид автомобильного аккумулятора представляет собой тяжелую пластиковую коробку с парой клемм, которые подключаются к автомобилю. Интереснее дела обстоят внутри, где шесть секционированных ячеек. В каждой ячейке металлические пластины перемежаются изоляционными листами и погружаются в кислоту.Каждая другая пластина соединяется внутри ячейки параллельно, последовательно с другими ячейками. Каждая ячейка генерирует 2,1 В, соединенные последовательно, всего 12,6 В.

Как работает автомобильный аккумулятор для передачи энергии?

Что именно делает это устройство для подачи энергии на стартер, радио или фары? Секрет в том, как металлы реагируют на кислоту. Свинцовые пластины (Pb) и пластины из оксида свинца (PbO ₂ ) погружают в серную кислоту (H ₂ SO ₄ ).Обе пластины реагируют с электролитом с образованием сульфата свинца (PbSO ₄ ), воды (H ₂ O) и дополнительных электронов, которые собираются на отрицательной клемме аккумулятора.

Pb + PbO ₂ + H ₂ SO ₄ → PbSO ₄ + H ₂ O + 2e ^—

В отключенном состоянии химическая реакция не может продолжаться, потому что электронам некуда идти. Подключенный автомобильный аккумулятор очень быстро обеспечивает много энергии. Даже при отрицательных температурах — серная кислота не замерзает — автомобильный аккумулятор 600 CCA может обеспечить мощность, достаточную для запуска двигателя V8.

Как автомобильный аккумулятор накапливает энергию?

Батареи Volta и более поздние модели, по крайней мере, до середины 1800-х годов, имели серьезный недостаток — они могли доставлять энергию только до тех пор, пока металлы не были полностью корродированы, после чего их приходилось выбрасывать или восстанавливать заново, как и AAA и AA. батарейки (действительно, элементы), питающие ваш фонарик. Первая свинцово-кислотная батарея, изобретенная Гастоном Планте в 1859 году, все изменила.

Как только этот быстрый всплеск энергии запускает двигатель, генератор начинает подавать электроны обратно в батарею.В отличие от цинк-медно-рассольной батареи Volta, свинцово-свинцово-оксидно-серно-кислотная батарея Planté легко обращает химическую реакцию вспять. Дополнительные электроны вытесняются из пластин, рекомбинируя сульфат свинца и воду в свинец и серную кислоту, готовые поставлять электричество по запросу.

Автомобильной аккумуляторной батарее может быть век, но она настолько надежна, экономична и проста в переработке, что пока не найдено подходящей замены. Не забывайте утилизировать старый автомобильный аккумулятор, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды и сделать новые автомобильные аккумуляторы.

Проверьте все автомобильные аккумуляторы, доступные на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта. Для получения дополнительной информации о том, как работает автомобильный аккумулятор, поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Фото любезно предоставлено Pixabay.

Наука об автомобильных аккумуляторах: Как работают аккумуляторы

Автомобильный аккумулятор — один из наиболее важных и часто упускаемых из виду электрических компонентов вашего автомобиля.Если ваша аккумуляторная батарея не в хорошем состоянии, вы можете застрять, а другие компоненты вашего автомобиля могут быть повреждены. В этой статье рассказывается, как работают аккумуляторы и как за ними ухаживать.

Что находится внутри автомобильного аккумулятора?

Внутри типичного автомобильного аккумулятора находятся шесть небольших энергопроизводящих компонентов, называемых элементами. Каждая ячейка содержит серию электродов или пластин. Положительные пластины батареи изготовлены из перекиси свинца (PbO2). Отрицательные пластины аккумулятора изготовлены из чистого свинца в мягком губчатом состоянии.Пластины в каждой ячейке расположены чередующимися слоями, всего 16 компонентов. Все положительные пластины в ячейке подключены параллельно, как и все отрицательные пластины.

Каждая ячейка производит около 2 вольт электричества. Шесть отдельных ячеек соединены последовательно друг с другом, поэтому напряжение, генерируемое каждой ячейкой, складывается. Результат — 12 вольт.

Готовы ли вы к химии?

Разбавленный раствор серной кислоты (h3SO4) окружает пластины.Отношение кислоты к воде (h3O) обычно составляет примерно три части воды на одну часть кислоты.

Когда мы подключаем нагрузку к внешним клеммам аккумулятора, начинается химическая реакция. Наша разбавленная смесь серной кислоты состоит из h3SO4 и воды (h30). В начале реакции серная кислота распадается на положительные ионы водорода (2H) и отрицательные ионы сульфата (SO4).

Когда ионы водорода достигают пластины перекиси свинца, они поглощают электроны из нее и становятся атомом водорода.Этот процесс воздействует на пероксид свинца с образованием оксида свинца (PbO) и воды (h3O). Оксид свинца реагирует с серной кислотой с образованием сульфата свинца (Pb SO4) и воды (h3O).

Отрицательные ионы сульфата свободно перемещаются в растворе. Когда они достигают пластины из чистого свинца, они теряют свой лишний электрон и превращаются в так называемый радикальный сульфат. Поскольку радикальный сульфат не может существовать сам по себе, он будет атаковать пластину из чистого свинца с образованием сульфата свинца (PbSO4).

Действие положительных ионов водорода, отбирающих электроны от пластины пероксида свинца, и отрицательных ионов сульфата, отдающих электроны пластине из чистого свинца, приводит к дисбалансу электронов.Эти электроны проходят через внешнюю нагрузку, чтобы попытаться уравновесить себя. Этот процесс — это то, как аккумулятор обеспечивает питание нашей нагрузки (свет, усилитель, обогреватель или компьютер).

Химия, лежащая в основе зарядки аккумулятора

Когда мы подключаем к аккумулятору внешний источник постоянного тока, мы обращаем процесс вспять. Внешний источник постоянного тока, такой как генератор переменного тока или зарядное устройство, подает электроны на нашу положительную свинцовую пластину, покрытую сульфатом свинца, и отрицательную свинцовую пластину, покрытую пероксидом свинца.В процессе зарядки плотность раствора серной кислоты падает, но у нас все еще есть положительные ионы водорода и отрицательные ионы сульфата.

Положительно заряженные ионы водорода движутся к отрицательному выводу внешнего источника постоянного тока. Каждый ион водорода берет один электрон с отрицательной пластины, чтобы стать атомом водорода. Эти атомы водорода атакуют сульфат свинца с образованием свинца и серной кислоты.

Отрицательные ионы сульфата движутся к положительно заряженной пластине.Попадая туда, они отдают свой лишний электрон, превращаясь в радикальные сульфаты. Этот радикальный сульфат реагирует с сульфатом свинца и образует пероксид свинца и серную кислоту.

Мы можем многое упростить!

Короче говоря, отрицательная клемма свинцово-кислотной батареи имеет избыточное количество электронов. Когда вы подключаете нагрузку к батарее, электроны пробираются через нагрузку, чтобы добраться до положительной клеммы. Этот поток электронов позволяет батарее обеспечивать энергию для работы.

Когда мы прикладываем к батарее напряжение, превышающее ее напряжение покоя, поток электронов меняется на противоположный. Слои сульфата на пластинах снова превращаются в свинец и серную кислоту.

Зарядка аккумулятора: успокойся — в чем спешка?

Худшее, что вы можете сделать с автомобильным аккумулятором, — это ускорить процесс зарядки. Если вы ускорите химическую реакцию перезарядки, сульфат свинца нагреется и навсегда прилипнет к пластинам свинца и перекиси свинца. Как только он там застрянет, мы больше не сможем использовать эту область пластины для потока электронов, и мы уменьшили эффективный размер батареи.

Вы, наверное, слышали выражение «батарея никогда не становится прежней после того, как она была разряжена». Это утверждение очень верно, если аккумулятор не заряжается аккуратно и тщательно.

Если вы хотите правильно зарядить аккумулятор, медленный процесс позволит химической реакции протекать с контролируемой скоростью. Если вы используете высококачественное зарядное устройство с компьютерным управлением (а вы должны использовать его!), Существует два основных этапа зарядки. Первый этап называется объемной загрузкой.Зарядное устройство будет поддерживать постоянный ток к батарее, регулируя подаваемое напряжение.

Когда примерно 80% использованной энергии будет возвращено в аккумулятор, зарядное устройство переключится на стадию поглощения. На этом этапе зарядное устройство обеспечивает постоянное напряжение на батарее, и ток уменьшается по мере того, как батарея достигает полной зарядки.

Как узнать, слишком ли быстро заряжается вспомогательный аккумулятор? Температура стандартных залитых аккумуляторов не должна превышать 120 градусов по Фаренгейту во время зарядки.Мы полагаем, что медленнее и круче всегда лучше. Температура абсорбирующего стекломата (AGM) или гелевой батареи не должна превышать 100 градусов.

Как рассчитать максимальную скорость зарядки аккумулятора

Относительно большой автомобильный аккумулятор может иметь емкость 70 или 80 ампер-часов. Эта спецификация означает, что в идеальных условиях вы можете потреблять от батареи ток 1 А в течение 70 или 80 часов. По истечении этого времени аккумулятор будет считаться разряженным.

Чтобы найти идеальную скорость зарядки для нашей батареи на 70 ампер-час, мы разделим эту спецификацию на 10, чтобы получить семь ампер.Батарея должна выдерживать зарядный ток 7 ампер без перегрева. Стоит отметить, что если аккумулятор полностью разряжен, для его зарядки потребуется 10 часов. Помните, что чем медленнее, тем лучше, когда дело доходит до зарядки аккумуляторов.

Уход за автомобильным аккумулятором

Зарядное устройство CTEK — отличное зарядное устройство, позволяющее поддерживать максимальную работоспособность аккумулятора.

Некоторые из нас, кто более фанатично относится к уходу и обслуживанию автомобильных аккумуляторов, будут подключать их к интеллектуальным зарядным устройствам несколько раз в год.Одно практическое правило — полностью заряжать аккумулятор после каждой замены масла или четыре раза в год. Вам следует увеличить эту частоту, если вы совершаете короткие поездки, не обеспечивающие достаточного времени для зарядки. Точно так же время, потраченное на воспроизведение аудиосистемы при выключенном двигателе, может очень быстро разрядить аккумулятор. Если вы гуляли с друзьями, и аккумулятор вашего автомобиля разрядился, поместите его на ночь в высококачественное зарядное устройство.

Если у вас есть доступ к кислотному раствору в батарее, убедитесь, что он находится на нужном уровне или, по крайней мере, полностью покрывает свинцовые пластины.Для подтверждения удельного веса раствора следует использовать ареометр, но если он низкий, лучше добавлять дистиллированную воду, чем ничего не делать. Этот маленький зеленый «глазок», включенный в некоторые батарейки, — это ареометр. Когда он исчезает, химический баланс внутри аккумулятора нарушен, и его необходимо зарядить.

Ваш местный продавец мобильной электроники может иметь тестер нагрузки аккумулятора, который они используют перед каждой установкой удаленного автомобильного стартера. Если вас беспокоит состояние аккумулятора, попросите его проверить его.Мель из-за разряженной батареи при низких температурах расстраивает.

Следите за тем, чтобы клеммы аккумулятора и соединения с вашим автомобилем всегда были чистыми и надежными. Плохое соединение может иметь серьезные негативные последствия для функциональности вашей электрической системы.

Если вам нужен новый аккумулятор, сначала обратитесь к местному продавцу аксессуаров для мобильных устройств. Они часто имеют обширный опыт модернизации аккумуляторов и могут помочь вам выбрать решение, которое будет гарантировать готовность вашего автомобиля к работе каждый раз, когда вы поворачиваете ключ.

Сопутствующие товары

Автомобильный аккумулятор | Как это работает

Аккумулятор — это электрическое сердце автомобиля. Он накапливает энергию, которая запускает двигатель, и обеспечивает все электрические потребности автомобиля, когда генераторная система не справляется. Это также один из тех компонентов, который требует минимального обслуживания. Обычно все, что необходимо — это проверка уровня электролита. Современные разработки снимают с автовладельца даже эту ответственность.

Все автомобильные аккумуляторы относятся к свинцово-кислотному типу, что означает, что они накапливают электричество за счет химического воздействия, которое некоторые типы кислот оказывают на свинец.Батарея обычно состоит из нескольких ячеек, соединенных вместе. Каждая ячейка дает в среднем два вольта на выходе, поэтому обычная 12-вольтовая батарея имеет шесть ячеек, а шестивольтовая батарея — три ячейки. У большинства батарей есть ряд крышек заливных горловин вдоль верхней части, и обычно на каждую ячейку приходится по одной крышке.

Внутренняя конструкция каждой ячейки идентична; Есть два набора вертикальных пластин, одна положительная, другая отрицательная. Пластины представляют собой металлические решетки, обычно сделанные из сплава свинца.В полностью заряженном аккумуляторе на положительных пластинах имеется покрытие из перекиси свинца, а на отрицательных пластинах — один из «губчатых» свинцов. Каждая ячейка заполнена до уровня чуть выше верхней части пластин раствором серной кислоты, называемым электролитом. Электролит содержит большое количество дистиллированной воды. Между положительной и отрицательной пластинами также установлена ​​изолирующая пластина. Его цель — уберечь их от соприкосновения.

Все положительные пластины в ячейке соединены вместе вверху, как и все отрицательные пластины.Сами клетки взаимосвязаны, положительные и отрицательные. Внешние соединения с электрической системой автомобиля выполняются на клеммах в верхней части аккумулятора, положительный полюс на одном конце и отрицательный на другом. Электрооборудование автомобилей традиционно относится к типу «с заземлением», поэтому одна из главных клемм, обычно отрицательная, прикрепляется непосредственно к кузову с помощью короткой заземляющей ленты.

Емкость или мощность аккумулятора зависит от общей площади свинцовых пластин, а размер, выбранный для конкретного автомобиля, является компромиссом между вероятным потреблением электроэнергии и значительным объемом и стоимостью компонента.Емкость измеряется в ампер-часах (Ач), которая представляет собой доступный ток, умноженный на количество часов, в течение которых он будет течь. Обычный аккумулятор имеет емкость 40 Ач, что означает, что он может обеспечивать ток силой 4 ампера в течение десяти часов. Батарея на 50 Ач может подавать 5 ампер за тот же период.

Как работает аккумулятор

Когда электричество потребляется от заряженной батареи, ток в батарее вызывает электролиз электролита в каждой ячейке. Электролиз воды в электролите представляет собой форму разложения и дает ионы кислорода и ионы водорода, которые являются переносчиками электрических зарядов.Ионы кислорода заряжены отрицательно, а ионы водорода — положительно. Эти заряды заставляют ионы кислорода искать положительные пластины, а ионы водорода — отрицательные пластины. Таким же образом и сама серная кислота разлагается на ионы водорода.

Когда эти различные ионы достигают электродов, к которым они притягиваются, они теряют свои электрические заряды и вступают в реакцию с активным материалом на пластинах, заставляя ток покидать батарею. При этом обе пластины превращаются в сульфат свинца, а серная кислота превращается в воду.Следовательно, электролит разбавляется, и его удельный вес падает. Эта химическая реакция завершится только в том случае, если аккумулятор полностью разряжен, как это может случиться, если оставить машину на стоянке с включенными фарами на долгое время.

В отличие от телефона, автомобильный аккумулятор не следует полностью разряжать

На практике следует избегать полной разрядки по двум причинам. Во-первых, поскольку сульфат свинца очень объемный, сильное сульфатирование пластин может привести к растрескиванию решеток и отслоению части покрытия.Кроме того, подзарядка может оказаться неэффективной, если аккумулятор полностью разряжен, поскольку сульфат свинца становится все труднее преобразовать обратно в исходные материалы. Напряжение элемента быстро падает с максимального значения 2,2 В до чуть более 2 В после начала разряда. Это значение остается почти постоянным до тех пор, пока батарея не будет почти полностью разряжена, на этой стадии снижение напряжения происходит быстро и сульфатирование становится значительным, если только зарядный ток не применяется быстро.

Разряженный или «разряженный» аккумулятор можно заряжать, пропуская через него ток. Это делается автоматически в автомобиле с помощью динамо-машины или генератора переменного тока, но если аккумулятор полностью разряжен, может потребоваться подзарядить его от сети, что часто бывает у механика-самодела зимой. Во время зарядки ток течет через батарею в другом направлении — внутрь на положительной клемме, а не выходит из нее. Таким образом, процесс зарядки является обратным процессу разрядки; положительные пластины превращаются в перекись свинца, а отрицательные пластины — на свинец.Часть воды также превращается обратно в серную кислоту.

Зарядное оборудование современных автомобилей спроектировано так, что оно обеспечивает относительно высокий зарядный ток, когда в этом больше всего нуждается аккумулятор. Однако по мере того, как батарея приближается к полной зарядке и ее напряжение повышается, регулятор напряжения снижает ток до низкого уровня. Это не только обеспечивает полное обратное преобразование активного материала, но и сводит к минимуму выделение газов, которое происходит на пластинах, когда батарея полностью заряжена.Сильное выделение газа, которое выглядит так, как будто электролит кипит, может вызвать смещение активного материала с пластин. Химическая активность и, следовательно, мощность, которую может обеспечить аккумулятор, зависят от температуры. Зимой аккумулятор менее эффективен для запуска, чем летом, когда более высокая вязкость холодного масла в двигателе еще больше увеличивает мощность, необходимую для его вращения. Это часто объясняет нежелание двигателей некоторых автомобилей запускаться в очень холодную погоду.

Каждый элемент батареи имеет два набора пластин, которые окружены раствором кислоты, называемым электролитом.Когда электричество берется из заряженной ячейки, ток вызывает химическую реакцию. Изображение аккумуляторной батареи автомобиля в разрезе, показывающее изолирующие пластины, установленные для предотвращения соприкосновения отрицательной и положительной пластин.

Состояние заряда аккумулятора автомобиля

Уровень заряда автомобильного аккумулятора можно оценить, измерив удельный вес электролита. Удельный вес (SG) — это вес вещества по сравнению с весом равного объема воды.Удельная плотность воды принята равной 1,00. Если предположить, что элементы были изначально правильно заполнены, удельная плотность электролита в полностью заряженной батарее составляет около 1,28 (то есть на 28 процентов тяжелее воды), но этот показатель падает до 1,11 — 1,13 (всего 11-13. на процентов тяжелее воды) при полном разряде из-за избытка воды в электролите. Удельный вес кислоты можно быстро оценить с помощью ареометра.

Это простое устройство состоит из небольшого поплавка в стеклянной трубке со шкалой.Он имеет сопло на одном конце и резиновую грушу на другом. Электролит из каждой ячейки, в свою очередь, всасывается в трубку путем сжатия и отпускания баллона, после чего SG просто и легко считывается «на шкале». Поскольку вода быстро испаряется из электролита обычной батареи, находящейся в эксплуатации, но серная кислоты, падение уровня жидкости сопровождается повышением SG, поэтому время от времени необходимо доливать ячейки чистой водой для восстановления уровня электролита и SG.В верхней части обычной батареи предусмотрены резьбовые заглушки или специальные крышки, чтобы можно было долить. Некоторые автовладельцы используют для доливки обычную водопроводную воду, но производители аккумуляторов не рекомендуют этого делать, поскольку такая вода может содержать химические вещества, которые могут отрицательно сказаться на сроке службы пластин.

Срок службы батареи значительно варьируется в зависимости от условий эксплуатации и регулярности доливки, но обычно составляет от двух до трех лет.Старость проявляется в том, что аккумулятор становится все более неспособным брать заряд или удерживать его, когда он не используется. Сульфатирование пластин является причиной того, что аккумулятор не может заряжаться, и возникает из-за того, что аккумулятор слишком долго находится в разряженном состоянии. С другой стороны, если элементы не удерживают заряд, это происходит из-за того, что пластины (а иногда и сепараторы) были повреждены из-за вибрации или чрезмерно быстрой зарядки или разрядки.

Улучшение аккумулятора

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея была усовершенствована с момента ее первого использования в автомобилях.Были найдены способы сделать пластины и их крепления более прочными, а сепараторы также стали значительно лучше, чем были. Сейчас используются пористая резина и пластмассы, которые намного прочнее древесины и других материалов, которые использовались ранее. Они позволили уменьшить толщину сепаратора, чтобы сделать батарею более компактной. Вес современной батареи также был уменьшен, и, наоборот, ее прочность увеличилась за счет быстрого развития и использования литых пластиковых корпусов.

За последние несколько лет был достигнут более фундаментальный прогресс, который привел к созданию «необслуживаемой» (или MF) батареи. Аккумуляторы этого типа широко используются в США, где они были изобретены, и были стандартизированы для всей линейки автомобилей General Motors. Другие американские производители, в частности Ford, намерены последовать их примеру. Европейские производители аккумуляторов медленнее производят аккумуляторы MF, но их интерес подогревается решением GM в 1978 году начать экспорт собственной линейки Delco для своих компаний в Европе.Необслуживаемый аккумулятор — это именно то, что говорит его название: он не требует дозаправки на любом этапе своего срока службы и даже не имеет отверстий для этой цели, а заполняется и герметизируется на заводе.

В Америке он снова стоит примерно в пятую часть дороже, чем качественная обычная батарея. В свою очередь, он утверждает, что исключает возможность преждевременного выхода из строя батареи из-за халатного отношения ленивого или забывчивого владельца. Помимо исключения дозаправки, батарея MF значительно сокращает три других недостатка, связанных с более ранней конструкцией — неудовлетворительным сроком хранения (время, в течение которого батарея может храниться до продажи), ухудшением обслуживания и коррозией клемм.Все эти недостатки ортодоксальной батареи так или иначе связаны с одной особенностью ее конструкции. В течение многих лет металлическая сурьма добавлялась в свинец, из которого изготавливаются пластинчатые решетки, для придания им достаточной прочности. К сожалению, сурьма также действует как своего рода медленный яд, проникая через электролит от положительных пластин к отрицательным.

Это приводит к износу аккумулятора, даже если он новый и стоит на полке, что ограничивает время хранения неиспользованных аккумуляторов.Тот факт, что совершенно новые батареи могут испортиться таким образом, вынудил производителей отсылать «сухие» батареи с завода, причем кислоту добавляли непосредственно перед вводом батареи в эксплуатацию. Однако, преодолевая одну проблему, эта договоренность привела к появлению других. Самым главным была сложность обеспечения того, чтобы аккумулятор был в нормальном состоянии после заполнения. Как бы тщательно это ни проверялось заранее, всегда была вероятность того, что зарядка не будет удовлетворительно проведена продавцом.

Из-за отравляющего действия сурьмы количество, используемое в батареях, было уменьшено примерно на треть в течение 1950-х годов. Хотя это сокращение значительно замедлило темпы ухудшения состояния, Delco и Gould Inc в Соединенных Штатах полагали, что еще многое предстоит сделать. Оба провели обширную исследовательскую программу в течение 1960-х годов, и оба пришли к одному и тому же решению — устранению сурьмы за счет использования кальциево-свинцовых сплавов для пластинчатых решеток. Свинец-кальций никоим образом не был новым материалом в производстве аккумуляторов, но раньше он использовался только для нескольких толстых пластин телефонных батарей, а не для многих тонких пластин, необходимых для автомобильного аккумулятора.Тем не менее, были найдены способы приспособить конструкцию и производство батарей, чтобы можно было использовать этот металл.

В ходе исследования американские фирмы обнаружили еще один бонус. Использование свинцово-кальциевого сплава не только продлило срок годности батареи как минимум в пять раз, но также значительно уменьшило выделение газа, возникающее при достижении полной зарядки. Скорость, с которой вода терялась из электролита, стала очень низкой, а окончательная коррозия — результат выдува кислотных паров из вентиляционных отверстий электролизера газом — практически отсутствовала.То, что начиналось как поиски более длительного срока хранения и более стабильной производительности, превратилось в проект, приносящий пользу автовладельцу, и указывало на разработку аккумуляторов, которые не нуждались бы в обслуживании в течение их срока службы. Реализация этого идеала означала внесение других изменений, которые были исследованы и усовершенствованы, пока и Delco, и Gould не достигли стадии «полевых испытаний» с производителями автомобилей в начале 1970-х годов.

Чтобы гарантировать отсутствие необходимости в доливке, первым делом необходимо обеспечить высокий уровень электролита над пластинами.Чтобы добиться этого без уменьшения глубины пластин или углубления корпуса, пластины должны были быть установлены на дно ячеек. Раньше они были немного приподняты, чтобы оставить пространство, в котором мог скапливаться любой отслоившийся активный материал. Из этого следовало, что положительные пластины, на которые больше всего влияет отслоившийся материал, должны были быть закрыты, чтобы предотвратить накопление такого материала на дне контейнера и возникновение короткого замыкания.

В крышку батареи встроены совмещенные газоуловители и конденсаторы.Они дополнительно снижают скорость потери воды и вставляются после того, как аккумулятор был залит электролитом на заводе. Хотя некоторые преждевременные отказы батарей MF произошли в Соединенных Штатах, где к Delco и Gould теперь присоединились другие производители, частота таких неисправностей, по-видимому, ниже, чем для батарей обычного типа. Однако нет сомнений в том, что эти относительные новинки действительно соответствуют своему описанию, поскольку ни один из отказов не был результатом нехватки электролита или коррозии клемм, которые являются обычными последствиями отсутствия обслуживания.У батареи MF есть и другие преимущества. Поскольку доступ к аккумулятору требуется только для его первоначальной установки и замены, его больше не нужно устанавливать под капотом, где пространство часто ограничено, а окружающая среда далека от идеала. Теперь его можно отнести к той части автомобиля, где он менее заметен.

Необслуживаемый аккумулятор по сравнению с легковым автомобильным аккумулятором

В то время как Gould и Delco разрабатывали свои свинцово-кальциевые батареи, другие производители в США и Германии использовали другой подход.Они считали, что приемлемого увеличения срока хранения и сокращения технического обслуживания можно добиться за счет дальнейшего снижения содержания сурьмы в решетках пластин. За счет дополнительных легирующих элементов компаниям удалось снизить содержание сурьмы до 2–3%, а батареи этого типа с низким содержанием сурьмы серийно производятся в двух странах. В Соединенных Штатах, конечно, они находятся в прямой конкуренции с разновидностью MF и, будучи обычно на 10% дешевле, имеют значительное преимущество.Эти батареи также иногда называют «необслуживаемыми», но, поскольку необходимы дозаправочные пробки, «неприхотливость в обслуживании» обычно считается более точным описанием.

Аккумуляторы, не требующие особого обслуживания, безусловно, превосходят обычные аккумуляторы с повышенным содержанием сурьмы, но их преимущество во всех основных аспектах производительности аккумуляторов намного меньше, чем в конструкции MF. Например, срок хранения, хотя он примерно вдвое меньше, чем у обычной батареи, все же составляет менее трети срока службы MF.Еще один бонус, обеспечиваемый аккумулятором MF, — это его большая устойчивость к перезарядке, что могло бы произойти, если бы оборудование для регулирования напряжения в автомобиле было неправильно настроено. В то время как аккумулятор с низким содержанием сурьмы примерно на 25–30 процентов лучше, чем обычный, блок MF показывает, по крайней мере, в три раза большую устойчивость к перезарядке по этой причине.

Прекращение обслуживания аккумуляторной батареи во многом согласуется с современными тенденциями «запломбирован на всю жизнь» в других аспектах развития современных автомобилей, таких как некоторые коробки передач и компоненты трансмиссии.Из-за этих несомненных преимуществ кажется вероятным, что аккумулятор MF имеет широкий потенциальный рынок как в Европе, так и в Соединенных Штатах. Основное беспокойство европейских производителей заключается в том, будут ли автомобилисты платить более высокую цену за более качественный компонент. Общественность может не требовать аккумуляторы MF до тех пор, пока цена не станет более конкурентоспособной, и цена не может быть снижена до тех пор, пока производство не станет высоким, что, в свою очередь, не может произойти до тех пор, пока общественный спрос не станет сильным и устойчивым, а продажи не будут высокими.

Какими бы ни были коммерческие сложности, факт остается фактом: необслуживаемая аккумуляторная батарея является важной вехой в автомобильной электротехнике. Для сравнения, тип с низким содержанием сурьмы можно рассматривать как просто эволюционное усовершенствование. Тем не менее, он стал стандартной недорогой альтернативой батарее MF во всем мире.

Как работают свинцово-кислотные автомобильные 12-вольтовые аккумуляторы

Автомобильный аккумулятор необходим для хранения электроэнергии

Автомобильный аккумулятор предназначен для хранения электроэнергии, которая используется для запуска двигателя. двигатель, когда ключ повернут в положение кривошипа, и включите стартер.Аккумулятор также сохраняет электрическую энергию для запуска двигателя и работы. аксессуары в электрической системе по всему автомобилю, когда двигатель не Бег.

Эта батарея является перезаряжаемой единицей в SLI (запуск-зажигание-зажигание) разновидность, основанная на свинцово-кислотной основе и являющаяся старейшей стиль перезаряжаемых источников электропитания. Эти батареи разделены на 6 отдельных ячеек. Каждая ячейка вырабатывает около 2,1 вольт, которые в совокупности создают до 12 вольт.6 вольт.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

По мере снижения уровня заряда напряжение и сила тока, которую он производит, также уменьшается. Электроэнергия создается в результате химической реакции, при которой положительные и отрицательные свинцовые пластины погружаются в раствор электролита (кислоту). Это напряжение затем сбрасывается через положительный вывод (красный) и возвращается. к отрицательной клемме (черный).

Аккумуляторная батарея имеет положительную и отрицательную клеммы, из которых два кабели прилагаются.Эти кабели направляют положительное (красный +) питание от клеммы к распределительной сети центр или панель предохранителей и отрицательное (черный -) питание к блоку двигателя и рама автомобиля.

Батарея без «глубокого разряда» должна иметь период отдыха или «простой», чтобы пластины могли внутри каждую ячейку пора остывать. Аккумулятор, подвергшийся полной разрядке, будет выйдет из строя преждевременно, если только это не батарея глубокого разряда. Все батареи являются опасным материалом и должны быть утилизированы в местном магазине запчастей или в центре вторичной переработки.

Если контрольная лампа аккумулятора горела во время вождения автомобиля, вы нужно будет проверить генератор первый. Это потому, что батарея может не быть проблемой, если она не получение надлежащего заряда от генератора.

Есть вопросы?

Если у вас есть вопросы о автомобильный аккумулятор, посетите наш форум. Если тебе нужно совет по ремонту автомобилей, пожалуйста спросите наше сообщество механиков, которые будут рады помочь.Наш сервис всегда 100% бесплатно.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Статья опубликована 08.08.2021

Что такое твердотельный аккумулятор? Объяснение новой технологии

► Объяснение новой технологии аккумуляторов
► Будущее силовых агрегатов электромобилей
► Мы углубляемся в твердотельные устройства

Гигант электроники Samsung сделал важный шаг к тому, чтобы сделать твердотельные батареи жизнеспособной технологией для электромобилей, что означает увеличение дальности действия для владельцев электромобилей (EV).

Передовой технологический институт Samsung (SAIT) утверждает, что химический прорыв означает, что размер батареи уменьшен вдвое, поэтому теоретически вы можете удвоить дальность действия сегодняшних электромобилей первого поколения, с примерно 200-300 миль до примерно 400-600 миль на одной зарядке. .

Секрет супер батареи Samsung кроется в ее электролите. В обычных батареях электромобилей электролит является жидкостью, но ученые и инженеры Samsung разработали технологию твердого электролита, которая намного плотнее жидкого.

Технический специалист: наше руководство по аккумуляторам для электромобилей

Мастер лаборатории батарей нового поколения SAIT и руководитель проекта Донгмин Им сказал: «Результатом этого исследования может стать начальная технология для более безопасных и высокопроизводительных батарей будущего. В будущем мы продолжим разрабатывать и совершенствовать материалы и производственные технологии для твердотельных аккумуляторов, чтобы вывести инновации в области аккумуляторов электромобилей на новый уровень ».

В прототипах твердотельных аккумуляторов Samsung заявленное трехкратное увеличение плотности энергии — новое углеродно-серебряное покрытие, известное как Ag-C, которое составляет всего 5 раз.Толщина 0 микрометров. Этот нанокомпозит Ag-C не только обеспечивает более компактную упаковку, но и препятствует росту «дендритов» — химическому образованию игольчатых кристаллов, которое снижает емкость аккумулятора в течение многих циклов зарядки, а также снижает стабильность упаковки.

Samsung заявляет, что их можно заряжать более 1000 раз (около полумиллиона миль общего запаса хода) для создания более привлекательных и привлекательных электромобилей.

Твердотельные аккумуляторы для электромобилей: что дальше?

Электромобили постоянно улучшаются с точки зрения пробега, производительности и времени зарядки, но есть еще много возможностей для улучшений.Хотя количество гибридных автомобилей, скорее всего, будет только расти, полностью электрические автомобили еще не готовы обогнать двигатель внутреннего сгорания.

Это потому, что большинство электромобилей и гибридов используют электродвигатели, работающие от литий-ионных аккумуляторов, с использованием той же технологии, что и смартфоны и ноутбуки. По сути, это эволюция химических аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы хорошо работают в электромобилях, но есть и лучшие решения.

Использование жидкого электролита в литий-ионных батареях имеет ряд недостатков.Емкость и способность обеспечивать пиковый заряд со временем ухудшаются, а литий-ионные аккумуляторы также выделяют много тепла, что требует интеграции в их конструкцию тяжелых систем охлаждения. А благодаря содержащейся в них легковоспламеняющейся жидкости литий-ионные батареи могут загореться или даже взорваться в случае повреждения в результате аварии.

Дополнительная информация об электромобиле:

В течение последних нескольких лет автопроизводители начали упоминать твердотельные батареи как следующие прорывные электромобили, обычно ссылаясь на безумную производительность и дальность полета одновременно.Итак, что же делает технологию твердотельных аккумуляторов такой хорошей для электромобилей, как они работают — или это всего лишь куча электронных сигарет?

Что такое твердотельные батареи?

Проще говоря, в твердотельных батареях используется твердый электролит, в отличие от жидкого или полимерного геля, который есть в современных литий-ионных батареях, и он может иметь форму керамики, стекла, сульфитов или твердых полимеров.

Помимо твердого электролита, твердотельные батареи работают так же, как и литий-ионные батареи, поскольку они содержат электроды (катоды и аноды), разделенные электролитом, который позволяет заряженным ионам проходить через них.

Как работают твердотельные батареи?

Во многом так же, как и обычный аккумулятор, если честно. Поток ионов вызывает химическую реакцию между материалами батареи, называемую окислительно-восстановительным потенциалом, когда при разряде происходит окисление на аноде с образованием соединений со свободными электронами, которые доставляют электрическую энергию, и восстановление на катоде, в результате которого соединения получают электроны и таким образом накапливайте силу. Когда аккумулятор заряжен, процесс обратный.

Как и литий-ионные батареи, при подаче энергии в твердотельные батареи, иначе говоря, при разряде, положительно заряженные ионы проходят через электролит от отрицательного электрода (анода) к положительному (катод).Это приводит к накоплению положительного заряда на катоде, который притягивает электроны с анода. Но поскольку электроны не могут проходить через электролит, они должны перемещаться по цепи и, таким образом, передавать энергию всему, к чему он подключен, например, электродвигателю.

Во время зарядки происходит обратное, когда ионы, протекающие к аноду, накапливают заряд, при котором электроны притягиваются к нему через цепь от катода. Когда к отрицательному электроду больше не поступают ионы, аккумулятор считается полностью заряженным.

Твердотельные батареи существуют уже некоторое время, но используются только для небольших электронных устройств, таких как RFID-метки и кардиостимуляторы, и в их текущем состоянии не являются перезаряжаемыми. Таким образом, ведется работа, чтобы позволить им питать более крупные устройства и заряжаться.

Что делает твердотельные батареи следующим большим достижением?

Благодаря тому, что твердый электролит занимает меньше места, твердотельные батареи обещают в два-десять раз большую плотность энергии, чем литий-ионные батареи того же размера.Это означает более мощные батареи без лишнего места или более компактные аккумуляторные блоки без ущерба для мощности. Это означает наличие мощных электромобилей с большим запасом хода или более компактных и легких электромобилей. Также ожидается, что они будут заряжаться быстрее.

Более высокая эффективность и плотность энергии означает, что твердотельные батареи не требуют компонентов охлаждения и управления, которые требуются литий-ионным батареям, а это означает меньшую занимаемую площадь вместе с большей свободой шасси и меньшим весом.Неудивительно, что производители мощных автомобилей чаще всего цитируют полупроводниковые модели; Bentley видит в этой технологии основной способ заставить электрификацию работать на них.

Безопасность — еще одно преимущество твердотельных аккумуляторов. Экзотермические реакции в литий-ионных батареях могут привести к их нагреванию, расширению и потенциальному разрыву с пролитием легковоспламеняющегося и опасного жидкого электролита; в некоторых случаях это приводило к незначительным взрывам. Наличие твердого электролита эффективно решает эту проблему.

Наконец, использование твердотельного электролита означает, что батареи могут выдерживать большее количество циклов разрядки и зарядки, чем литий-ионные батареи, поскольку они не должны подвергаться коррозии электродов, вызванной химическими веществами в жидком электролите или накоплением твердого вещества. слои электролита, которые сокращают срок службы батареи. Твердотельные батареи можно перезаряжать до семи раз больше, что дает им потенциальный срок службы в десять лет по сравнению с двумя годами, в течение которых, как ожидается, эффективно прослужит литий-ионный аккумулятор.

Дополнительная литература об электромобилях

Недостатки

Вы можете задаться вопросом, почему твердотельные батареи не используются в электромобилях, учитывая, что они считаются панацеей от проблем с литий-ионными батареями. Но проблема с твердотельными батареями в том, что их очень сложно производить в больших масштабах.

Мало того, что в настоящее время они слишком дороги для коммерческого использования, еще предстоит проделать большую работу, чтобы подготовить их к массовому использованию на рынке, особенно в электромобилях.

На данный момент все еще существует необходимость найти правильный атомный и химический состав твердого электролита, который имеет правильную ионную проводимость, чтобы обеспечить достаточную мощность для электромотора.

Вот почему мы обозначили преимущества твердотельных аккумуляторов словом «could», поскольку они еще не проявили себя в реальных условиях в потребительских гаджетах, не говоря уже об электромобилях.

Правильный выбор твердого электролита особенно важен, поскольку он является предшественником, позволяющим использовать литиевые аноды, которые могут производить больше ионов лития и, следовательно, больше энергии.Считается, что твердотельный электрод является решением проблемы повреждения игольчатых структур, называемых дендритами, которые образуются на аноде при его зарядке.

Впереди

Несмотря на эти проблемы, привлекательность твердотельных аккумуляторов явно высока, поскольку Toyota, Honda и Nissan объединились для создания консорциума Libtec для разработки твердотельных аккумуляторов, при этом первые предположительно должны представить твердотельные аккумуляторные батареи. машина на Олимпиаде в Токио в этом году.

И есть академические учреждения, производители аккумуляторов и специалисты по материалам, изучающие, как можно превратить твердотельные аккумуляторы в источники питания следующего поколения для массового использования.Нет недостатка в шумихе и интересе к твердотельным батареям.

Однако Toyota не рассчитывает наладить массовое производство твердотельных батарей до середины десятилетия. А другие автопроизводители, такие как Volkswagen, не ожидают, что твердотельные батареи будут готовы к использованию в автомобилях как минимум до 2025 года.

IBM и Daimler работают вместе, чтобы лучше понять технологию аккумуляторов. «Нам нужно найти принципиально иной химический состав, чтобы создать батареи будущего», — говорит Кэти Пиццолато, директор по исследованиям приложений в IBM.«Квантовые вычисления могут позволить нам эффективно заглянуть внутрь химических реакций батарей, чтобы лучше понять материалы и реакции, которые дадут миру эти лучшие батареи».

Производитель пылесосов и других технологий наддува воздуха Dyson планировал к 2021 году создать электромобиль, работающий от твердотельных аккумуляторов. Но прошлой осенью он отказался от своих планов в отношении автомобилей, хотя намерен продолжать работу над аккумуляторной технологией.

Fisker Inc, реинкарнация рухнувшей Fisker Automotive, ранее заявляла о высоких амбициях по созданию автомобиля с твердотельными аккумуляторами, готового к 2020 году.Но на выставке Consumer Electronics Show в этом году он просто продемонстрировал внедорожник Ocean, который питается от литий-ионных батарей; не было ни слова о настройке твердотельной батареи.

Итак, хотя разработка твердотельных аккумуляторов ведется очень активно, маловероятно, что в ближайшее время вы увидите электромобиль с их питанием на дорогах.

Короткое замыкание

Компания Panasonic является одним из крупнейших производителей литий-ионных аккумуляторов в мире.Тем не менее, считается, что твердотельные батареи еще не готовы к коммерческому использованию через десять лет.

Он является совладельцем гигафабрики Tesla и поставляет аккумуляторы для автомобилей Tesla и считает, что улучшение аккумуляторов электромобилей в краткосрочной перспективе будет происходить за счет дальнейшей разработки литий-ионных аккумуляторов.

Вместо того, чтобы идти по твердотельному пути, Tesla работает над улучшением характеристик литий-ионных батарей, и в прошлом году она рекламировала новую химию, которая может обеспечить электромобиль на расстояние более миллиона миль.

Учитывая улучшения в литий-ионных батареях и объем, который можно извлечь из них, а также то, что они уже производятся массово, маловероятно, что мы увидим их вытеснение твердотельными батареями в ближайшее время.

Но твердотельные батареи действительно выглядят как источник энергии будущего для электромобилей, просто путь к ним может оказаться длиннее, чем предполагалось на первый взгляд.

Узнайте больше о новостях CAR Tech здесь

Как работает литий-ионный аккумулятор электромобиля — Easy Electric Life

Впервые поступив в продажу в 1991 году, литий-ионный аккумулятор был первоначально создан для сектора бытовой электроники.Он быстро стал применяться в других приложениях и в конечном итоге стал стандартом для всех устройств, требующих портативной перезаряжаемой батареи. Он вытеснил никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (Ni-MH) технологии.

Работа литий-ионной батареи

Принцип, лежащий в основе литий-ионной батареи, заключается в циркуляции электронов путем создания разности потенциалов между двумя электродами, одним отрицательным и другим положительным, которые погружены в проводящую ионную жидкость, называемую электролит.Когда батарея питает устройство, электроны, накопленные в отрицательном электроде, высвобождаются через внешнюю цепь и перемещаются к положительному электроду: это фаза разряда. И наоборот, когда аккумулятор заряжается, энергия, подаваемая зарядным устройством, отправляет электроны обратно от положительного электрода к отрицательному.

Различные типы батарей различаются типами ионов, материалами электродов и соответствующими электролитами. В 12-вольтовой свинцово-кислотной батарее, которая традиционно использовалась для питания стартера автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, например, используется электролит, содержащий ионы свинца, и электроды на основе свинца.Что касается литий-ионного аккумулятора, в нем используются ионы лития (Li +): отсюда и название этой технологии.

Литий-ионный аккумулятор, такой как аккумулятор внутри автомобиля, например ZOE, спроектирован как сборка отдельных аккумуляторных блоков (ячеек), соединенных друг с другом и контролируемых специальной электронной схемой. Количество ячеек, размер каждой ячейки и способ их расположения определяют как напряжение, подаваемое батареей, так и ее емкость, то есть количество электричества, которое она может хранить.Обычно это выражается в ватт-часах (Втч) или в киловатт-часах (кВтч) в автомобильной промышленности.

Свойства литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы можно найти как в бытовой электронике (телефоны, ноутбуки), так и в электромобилях. Основная причина такого масштабного успеха в основном заключается в плотности хранения, которую позволяет литий-ионная технология.

Это понятие плотности относится к соотношению между емкостью аккумулятора, обеспечиваемой аккумулятором, и его объемом или весом.Для сравнения: литий-ионный аккумулятор имеет плотность от 300 до 500 Втч / кг, то есть примерно в десять раз больше, чем свинцово-кислотный аккумулятор.

Пока мы ждем потенциального развития таких инноваций, как твердотельные батареи, литий-ионная технология сегодня представляет собой лучший компромисс между емкостью, объемом и массой в секторе электромобилей. Он предлагает высокое напряжение, легкую подзарядку и долговечность, которые подходят для сценариев использования, дополняющих друг друга на протяжении всего жизненного цикла, в соответствии с принципами циркулярной экономики .

Авторские права: Pagecran, Olivier Le Moal

Все электромобили в вашей стране

Откройте для себя наш ассортимент

Читайте также

Электромобиль

Различные способы хранения энергии

10 июня 2021

Посмотреть больше

Электромобиль

Все, что нужно знать о подключаемом к сети гибридном автомобиле

10 июня 2021

Посмотреть больше

Электромобиль

Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля

09 июня 2021

Посмотреть больше

Внутри батарей, питающих ваш автомобиль, телефон и многое другое

Батареи завоевали современный мир, не сильно изменившись.

Смартфон, для сравнения, имеет гораздо меньше общего с предшествующими ему мэйнфреймами. То же самое касается Tesla Model 3 и Ford Model T. Но литий-ионная технология, используемая в сегодняшних батареях, выдержала десятилетия экспоненциального роста — переход от гаджетов к электромобилям и даже порождение нескольких миллиардеров на этом пути — без серьезных изменений в его структура с тех пор, как Sony впервые коммерциализировала технологию в 1991 году.

Это не потому, что химики не пробовали.Просто разработка новых материалов, отвечающих промышленным стандартам, — очень сложная проблема.

Все батареи состоят из четырех компонентов: двух электродов (анода и катода), жидкого электролита, который помогает ионам перемещаться между электродами, и разделителя, предотвращающего прямой контакт электродов друг с другом и предотвращающего возгорание. Когда батарея заряжена, ионы текут от катода к аноду. Когда он разряжается, ионы меняют свой курс.

По мере того, как мир движется к быстрому сокращению выбросов парниковых газов, продолжается гонка за то, чтобы подключить к еще более мощным батареям больше вещей: электросети, грузовики, корабли и даже самолеты.Внутреннее пространство этой важной технологии, наконец, готово увидеть драматические изменения, и ряд скрытых стартапов обещает прорывы. QuantumScape Corp. утверждает, что создала новый материал для аккумуляторов, который позволил бы электромобилям путешествовать дальше и заряжаться намного быстрее, и в результате стартап имеет оценку, которая в последние недели колеблется от 13 до 20 миллиардов долларов, даже без каких-либо доходов от продаж. зрение. Его конкуренты, в том числе такие гиганты, как Samsung и Panasonic, также гонятся за батареями следующего поколения.

Прежде чем мы перейдем к аккумуляторному будущему, важно понять физическую эволюцию современной литий-ионной технологии. Миллиарды людей используют телефоны с более быстрой подзарядкой и автомобили с большей дальностью действия, но немногие из нас могут объяснить, что стоит за этими улучшениями. Это история хитростей: небольшая эффективность производства, небольшие улучшения в материалах и небольшой прирост производительности.

Батарея оценивается по тому, сколько энергии она заряжает. Этот ключевой фактор тесно связан со скоростью зарядки аккумулятора, количеством циклов заряда-разряда, которое он может выдержать, и безопасностью.Повышенная плотность энергии также может сделать его более подверженным возгоранию. Более высокая скорость перезарядки может привести к сокращению жизненных циклов.

В конечном счете, цена царит безраздельно. Это определяется тем, сколько энергии может хранить батарея, материалами, из которых она изготовлена, и толщиной электродного покрытия, которое можно нанести без ущерба для характеристик. Чем ниже стоимость, тем дешевле электромобиль.

За последнее десятилетие небольшие разработки привели к совокупному снижению стоимости литий-ионных батарей более чем на 90%.Группа BloombergNEF, занимающаяся исследованиями в области экологически чистой энергии, ожидает, что с учетом будущих разработок в ближайшее десятилетие затраты снизятся вдвое. Электромобили уже сейчас конкурентоспособны во многих странах, если учесть затраты на топливо в течение срока службы автомобиля, но по мере дальнейшего снижения стоимости аккумуляторов даже ориентировочная цена электромобилей будет дешевле, чем цена альтернативы с бензиновым двигателем.

Возвращаясь к началу, литий-ионный аккумулятор был получен в исследовательской лаборатории Exxon еще в 1970-х годах. Металлический литий, из которого сделан анод батареи, продолжал вызывать пожары, что привело к тому, что Exxon отказалась от этой идеи.Академический интерес продолжался, и ученые из разных частей мира разрабатывали более безопасные материалы.

Американский ученый Джон Гуденаф обнаружил, что катоды, полностью сделанные из кобальта, более безопасны и хранят больше энергии. Это открытие принесло ему Нобелевскую премию по химии в 2019 году. Затем марокканский ученый Рашид Язами обнаружил, что использование графита, формы углерода, в качестве анода сделало литий-ионную батарею намного более стабильной и, таким образом, помогло ей прослужить дольше. Наконец, Кейдзабуро Тозава, глава аккумуляторного подразделения Sony в 1990-х годах, объединил все эти изобретения, чтобы создать первую коммерческую литий-ионную батарею.

Несмотря на то, что кобальт — дорогой металл, он оставался доступным для использования в небольших батареях ранних ноутбуков и мобильных телефонов. Но как только литий-ионные батареи начали использоваться в электромобилях, химики стали искать более дешевые металлы, такие как никель, марганец и даже железо.

Альтернативные металлы требуют тщательной оценки. Если дешевый металл означает непропорционально худшую производительность батареи, этого не пойдет. Благодаря миллионам экспериментов на рынке стали доминировать три типа катодов: оксиды никель-марганца-кобальта (NMC), оксиды никель-кобальта-алюминия (NCA) и фосфат лития-железа (LFP).

Давайте заглянем внутрь черного ящика, который представляет собой батарею, чтобы понять, как мы сюда попали и что будет дальше.

Сокращение выбросов кобальта с помощью NMC

Одной из первых альтернатив кобальту было использование никеля и марганца, которые превышали способность кобальта накапливать ионы лития. Но полностью потерять кобальт было невозможно. Химики узнали, что кобальт играет роль учителя в школе, дисциплинируя непослушные ионы лития во время их движения и гарантируя, что батарея продержится большее количество циклов заряда-разряда.

За несколько лет исследований химикам удалось увеличить толщину материала анода и катода, которые являются энергоносителями в батарее, по сравнению с другими деталями. Методом проб и ошибок они также нашли смесь, в которой можно было бы использовать меньше кобальта и больше никеля. Все это помогает накапливать больше ионов лития на единицу объема и массы, что помогает увеличить удельную энергию батареи. Это, в свою очередь, увеличивает запас хода автомобиля и снижает его ориентировочную цену.

Алюминий прибывает с Tesla NCA

Вместо марганца Tesla и ее партнер по производству аккумуляторов Panasonic обнаружили, что алюминий также может выполнять эту работу. В то время это считалось более рискованным делом, чем химия NMC, но ставка окупилась для Tesla. NCA также был дешевле, чем NMC, потому что это еще больше снизило использование кобальта. Химия стала основой автомобилей Tesla, которые часто могут похвастаться превосходными характеристиками по сравнению с другими электромобилями.

Химики

Tesla, занимающиеся аккумуляторными батареями, также обнаружили, что добавление небольшого количества оксида кремния, например, перца в макароны, помогает уменьшить количество графита, необходимое для хранения того же количества ионов лития.Это помогло уменьшить вес батареи без ущерба для производительности и снизить ее стоимость. Модель 3 была выпущена с этим новым химическим составом и помогла Tesla создать самый доступный автомобиль на сегодняшний день.

Нет необходимости в кобальте с LFP

Конечная цель катодных материалов нынешнего поколения — полностью отказаться от использования кобальта. Первой попыткой этого было развитие химии LFP, которая сделала использование железа доступным по очень низким ценам. Батарея хорошо себя показала по большинству показателей, но она не могла удерживать столько ионов лития, сколько могли бы иметь катоды с высоким содержанием кобальта.

Однако экономическая выгода была достаточно большой, чтобы батареи LFP нашли применение в дешевых электромобилях, таких как такси, и в электрических автобусах, которым требовались аккумуляторные блоки гораздо большего размера. Поскольку автобусы нуждаются в гораздо более крупных аккумуляторных батареях, а такси должно быть как можно более дешевым, это помогло сделать самый дешевый литий-ионный аккумулятор лучшим кандидатом для другого сегмента рынка электромобилей.

Более десяти лет работы помогли LFP-батареям улучшить производительность, даже несмотря на то, что они по-прежнему уступают химическим составам катодов на основе кобальта по плотности энергии.Основным преимуществом стало создание стабильной батареи с более толстыми материалами электродов. В сложной химической смеси, которая представляет собой батарею, небольшое увеличение толщины — немалый подвиг.

В будущее твердого тела

Конечная цель анода в литий-ионной батарее — использовать металлический литий. Стремление создать этот материал привело к плачевным результатам. Металлический литий нестабилен и склонен к возгоранию. Внутри аккумулятора при зарядке и разрядке он также имеет тенденцию образовывать тонкие нити, называемые дендритами, которые могут прорезать сепаратор и контактировать с катодом.Это вызывает короткое замыкание, а затем возгорание. Пожары аккумуляторных батарей потушить гораздо труднее, чем возгорания двигателей внутреннего сгорания.

Химики-разработчики аккумуляторов десятилетиями пытались решить проблему дендритов. Одной из многообещающих попыток является использование твердого электролита для замены жидкости в системе и подавления образования дендритов. Эта технология получила новое название: твердотельный аккумулятор. Если твердотельные аккумуляторы появятся на рынке во второй половине этого десятилетия, как и ожидалось, они, вероятно, будут представлять собой большой скачок в производительности аккумуляторов, увеличивая диапазон электромобилей на 50% и сокращая время зарядки до 15. минут.

Поскольку металлический литий выглядит многообещающим анодным материалом, химики-химики снова ищут новые катодные материалы. Ожидается, что эти новые материалы, не содержащие кобальта, еще больше повысят плотность энергии, что может сделать батареи достаточно легкими для питания электрических самолетов.