Как устроен автомобильный аккумулятор

Корпус и крышка

Основа работы любой АКБ заключена в электролите, частью которого является серная кислота, хоть и разбавленная. Стало быть, и материалы должны быть соответствующими. То есть корпус и крышка изготавливаются из того сырья, который нейтрален по отношению к воздействию электролита.

В частности для изготовления современных источников могут применяться такие материалы:

• Пропилен — обладает стойкостью к кислоте, не проводит ток.
• Вулканизированный каучук или эбонит — этому материалу характерны такие качества, как высокая прочность на растяжение, упругость, хрупкость (ниже стекла). Обычно из такого материала делаются переносные корпуса.
• Кислотоупорные пластмассы — оптимальный вариант.
• Металл — в редких случаях все выглядит как металлический бак с резиновым чехлом.
• Термопласт — его особенность в том, что при нагревании он размягчается, а охлаждаясь, переходят в твердое состояние.

Крышка изготавливается из того же материала что и корпус. Для соединения этих деталей воедино используется мастика.

Электроды

Они выполнены из свинца, причем не только положительные, но и отрицательные, хоть с небольшим отличием:

• катод — пористый или губчатый свинец;
• анод — диоксид свинца.

В целях повышения эффективности и срока службы свинцовые пластины легируются кальцием.

Изоляция

В пространство между токопроводящими пластинами помещены сепараторы. Для изготовления этого микропористого изоляционного слоя используется эбонит или ревертекс. Оба варианта производятся из каучука и внешне имеют сходство с резиной.

Функция сепараторов заключается в том, что изолировать положительные и отрицательные пластины между собой. Тем самым исключается их короткое замыкание друг на друга. Не будь их, это бы произошло, в результате вибраций силового агрегата. А без них просто не обойтись, так как это обусловлено спецификой работы двигателя.

Исходом короткого замыкания является выход из строя бортового компьютера, а также прочего электрооборудования и то в лучше случае. Нельзя исключать риска возгорания машины. К тому же огонь по автомобилю распространяется очень быстро.

Клеммы

Сами контакты изготовлены тоже из свинца. Именно они обеспечивают связь с электрической бортовой сетью транспортного средства. При этом существуют самые разные вариации (в скобках указан стандарт):

• Исходя из размеров:
  • Тип A: диаметр положительной клеммы — 19,5 мм, отрицательной — 17,8 мм. (европейский).
  • Тип B: размеры плюсового контакта — 12,7 мм, минусового — 11,1 мм (азиатский).
• По конструкции:
  • Винтовые — тип E — европейский стандарт, F — американский стандарт.
  • Под болт — тип G — американский стандарт, T — российский стандарт.

Также можно встретить другие типы — C, D, H, которые отличаются друг от друга формой исполнения. Клеммы типа A и B имеют коническую форму, причем у АКБ для отечественных автомобилей плюсовой контакт заметно больше минусового. Это не позволит сбиться в случае чего, надо только запомнить. Тип «под болт» рассчитан на грузовой транспорт.

Перемычки

Соединительные перемычки тоже свинцовые, поскольку их задача кроется в объединении банок в один блок. В итоге получается общая конструкция, которые выдает необходимые 12 вольт.

Электролит

Это раствор, состоящий следующих компонентов:

• серная кислота — 35%;
• дистиллированная вода — 65%.

В этой жидкости электрический ток свободной перетекает от отрицательных пластин к положительным. На рынке можно найти более дорогие изделия, где электролит выглядит как гель, что исключает его испарение и растекание. В связи с этим, такой вариант считается необслуживаемыми.

Полезное дополнение

Внутри работающего источника электрической энергии протекают химические процессы с образованием газа. В целях снижения его пагубного влияния ряд производителей делает в корпусах газоотвод. При этом отвод выполняется в определенную сторону, исходя из конкретного типа изделия, и его расположения.

Выбор производителя

На рынке аккумуляторов есть компании, которые своей продукцией заслужили авторитет у потребителей качеством изделий.

Назовём некоторые марки:

• Bosch;
• Varta;
• Tyumen Battery;
• Mutlu;
• Delkor;
• «Зверь»;
• Moll;
• Аком;
• Optima;
• Exide;
• A-mega.

Запомнить! Продукция этих компаний выделяется отличным качеством, долгим эксплуатационным сроком, способностью работать при низких критических температурах.

Но…чем выше их позиции в рейтинге, тем стоимость хороших аккумуляторов для автомобиля дороже. За качество нужно платить.

Есть категория батарей, производители которых недавно присутствуют на рынке. Они успели хорошо зарекомендовать себя в кругу автолюбителей; Tornado, Topla, Medalist. Их продукция отличается более демократичной стоимостью.

Что следует знать при покупке нового аккумулятора?

Выбирая товар автолюбитель должен помнить о следующих факторах:

1. На изделии должен стоять штамп о дате выпуска. Срок реализации аккумуляторной батареи – полгода. Больший показатель свидетельствует о неготовности устройства для работы.
2. Наличие отметки о токе холодного пуска. Для южных районов этот показатель не критичен. В северных областях необходимо выбирать батарею с более низкой температурой запуска, которая не подведёт владельца в сильные холода.
3. При покупке нужно попросить продавца замерить напряжение на клеммах. Оно должно быть равно 13-13,5 В без нагрузки для 12-вольтовых аккумуляторов. Меньший показатель говорит о длительном стоянии на полке изделия или его неисправности.

Иногда в торговых точках предлагают контрафактный товар.

Важно! Чтобы не нарваться на подделку необходимо проверить сертификат устройства, его внешний вид. На упаковке не должно быть ошибочных надписей, этикетки – наклеены ровно, целлофановая упаковка – находиться в идеальном состоянии

Классификация и характеристики АКБ

В принципе, конструкция и принцип действия для всех видов АКБ остаются неизменными. Меняется только состав пластин и состав электролита и по этому принципу все АКБ можно разделить на:

• сурьмянистые;
• кальциевые;
• гибридные;
• гелевые.

Есть еще несколько видов автомобильных аккумуляторов, но применяются они крайне редко. Рассмотрим основные особенности каждой из групп аккумуляторов, чтобы подобрать наиболее подходящий из них.

Сурьмянистые и малосурьмянистые АКБ

В состав пластин таких аккумуляторов входит сурьма и ее доля составляет около 5%. Ее добавляют для того, чтобы прочность пластин соответствовала химическим и механическим нагрузкам, но такой состав для пластин нельзя назвать идеальным, поскольку срок службы таких батарей крайне невысок. Все сурьмянистые аккумуляторы сделаны в формате обслуживаемых батарей, но встретить такие батареи сейчас уже практически невозможно. Их место заняли малосурьмянистые батареи, в которых процент содержания сурьмы в электродах снижен.

Такие АКБ выполняют в формате малообслуживаемых или необслуживаемых батарей, поскольку особого контроля или ухода они не требуют. Необслуживаемыми их называют довольно условно, поскольку все равно нужно периодически следить за уровнем электролита и его плотностью, пускай для этого и не нужно использовать специальные приборы, а контролировать при помощи индикатора на корпусе АКБ. Такие батареи терпимо относятся к нестабильному напряжению бортовой сети, стоят недорого, поэтому прямая дорога им — под капоты отечественных автомобилей.

Кальциевые батареи

В батареях с такой маркировкой в составе пластин вместо сурьмы используется кальций. Он помогает снизить интенсивность выкипания электролита, понизить ток саморазряда, понизить внутреннее сопротивление батареи. Такие батареи делают полностью необслуживаемыми, поскольку потери электролита настолько незначительны, что нет нужды добавлять воду или менять электролит на протяжении всего срока службы батареи.

Кальциевые батареи не боятся перезаряда, поскольку зарядный ток повышен с 12 до 16 вольт, уровень саморазряда снижен до 70% по сравнению с сурьмянистыми АКБ, что позволяет хранить такие батареи довольно долго без потери свойств. К минусам таких батарей относят высокую цену и плохую переносимость перепадов напряжения, поэтому дольше всего такие батареи служат на импортных автомобилях со стабильными характеристиками зарядного тока в сети.

Гибридные и гелевые аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы только начинают выход на большой рынок, однако при всех своих достоинствах, поклонников у них маловато. Гелевые АКБ отличаются тем, что вместо стандартного электролита в них залита гелеподобная масса, которая обеспечивает стабильность пластин и электролита. Такие батареи не боятся наклонов, электролит не вытекает, пластины почти не осыпаются. Все бы хорошо, но при низких температурах гелевые батареи практически впадают в спячку. Гель становится плохим проводником тока на морозе, поэтому их использование в странах с холодным климатом совершенно неоправданно. Тем более, что стоят они втрое дороже, чем гибридные или кальциевые батареи.

Разновидности аккумуляторов

Наиболее распространены следующие виды литий-ионных батарей:

• Литий-кобальтовая. Популярный тип в ноутбуках, смартфонах и цифровых камерах. В состав входит катод из кобальтового оксида и графитовый анод. К преимуществам относят высокий показатель удельной энергоёмкости, а к недостаткам: низкий срок годности, ограниченную нагрузку и невысокую термическую стабильность.
• Литий-маргенцевая. Основная область применения – электроинструменты, медицинское оборудование и электрические силовые устройства. Катод представляет собой литий-марганцевую шпинель, обеспечивающей низкое сопротивление.
• Литий-никель-марганец-кобальт-оксидная. Сочетание металлов, входящих в состав, позволяет использовать сильные стороны каждого элемента. Применяется как в частных областях, так и в более крупных – промышленных, например, в системах безопасности и аварийного освещения.
• Литий-железно-фосфатная. Популярный вариант для стационарных специализированных устройств. К преимуществам относят стойкость к неправильным условиям эксплуатации, высокую безопасность и термическую стабильность, а к минусам причисляют малое значение ёмкости.
• Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидная. Дороговизна оправдывается долговечностью и хорошими показателями энергоёмкости. Используют в промышленных целях и медицинском оборудовании.
• Литий-титановая. Можно встретить в сфере уличного освещения и автомобильных агрегатах. Дорогие и обладают низкой удельной энергоёмкостью, однако имеют долгий срок годности, работают в широком температурном диапазоне, производительны и безопасны.

Конструкция автомобильного аккумулятора

С точки зрения конструкции АКБ автомобиля представляет собой набор элементов, электрически соединенных друг с другом и закрытых в отдельных ячейках внутри корпуса. Крайние ячейки имеют так называемые «полюсные наконечники». Это выводы в форме усеченных конусов, которые чаще всего имеют одинаковую высоту, но различный диаметр. Впрочем, их размеры не всегда соответствуют заданным параметрам, это необязательное требование для автомобильных АКБ.

Один из выводов аккумулятора имеет положительный знак (+), а другой отрицательный (-). Они используются для подключения аккумулятора к электрической цепи авто. Подключение к машине происходит с помощью проводов, имеющих с одной стороны специальную клемму (зажим). Их нужно просто надеть и зажать на полюсных выводах АКБ.

В конструкции аккумулятора можно выделить несколько основных элементов, из которых он состоит:

1. Корпус АКБ;
2. Ячейка;
3. Сепаратор;
4. Решетка;
5. Положительная и отрицательная пластина;
6. Электролит.

Ниже постараемся кратко описать каждый из них.

Корпус аккумуляторной батареи – это блок, используемый для установки и герметичного размещения в нем пластин. Изготавливают его из кислотостойкого материала, чаще всего полипропилена или эбонита.

Ячейка – это набор соединенных между собой положительных или отрицательных пластин, разделенных сепараторами. Плюсовые и минусовые пластины сгруппированы в отдельные ячейки. Каждое из них вырабатывает напряжение 2,13 вольт.

Наиболее распространенные АКБ, которые используются в машинах, характеризуются напряжением порядка 12 В. Для того, чтобы аккумулятор соответствовал этому требованию, необходимо последовательно подключить определенное количество этих ячеек. Так, например, 3 параллельно соединенных друг с другом элемента будут давать напряжение 6 вольт. При подключении 6 таких ячеек мы получим приблизительное напряжение аккумулятора в 12 В.

Сепаратор – это элемент, предотвращающий контакт между минусовыми и положительными пластинами. В противном случае может произойти короткое замыкание. Поверхность сепаратора пористая, сделано это для того, чтобы поток тока протекал с наименьшим сопротивлением.

Решетка – как для положительных, так и отрицательных пластинок выполняет одну и ту же роль, а именно структурного каркаса и проводника электрического тока. Чтобы максимально использовать доступную энергию и в то же время уменьшить общую массу АКБ, в современные батареи устанавливают очень тонкие решетки.

Положительные / отрицательные пластины. Плюсовая пластина после зарядки становится коричневой, тогда как минусовая – серой. Эти элементы, погруженные в раствор, вызывают химическую реакцию, результатом которой является электричество.

Электролит. В большинстве автомобилей используются свинцово-кислотные аккумуляторы. В качестве электролита в таких АКБ применяют раствор серной кислоты. Положительные и отрицательные свинцовые элементы погружаются в серный раствор, называемый электролитом. Он осуществляет активацию активного материала пластины и проводит между ними ток.

Нами была рассмотрена упрощенная конструкция автомобильной батареи. В зависимости от производителя могут встречаться некоторые незначительные различия в устройстве, но обычно именно они определяют качество, долговечность и условия эксплуатации аккумулятора. Разобравшись с вопросом, что такое АКБ в машине и из чего состоит, стоит рассказать о том, как правильно батарея должна устанавливаться и обслуживаться.

Подробнее об устройстве АКБ, принципе работы, маркировках автомобильных аккумуляторов и как подобрать батарею для автомобиля можете узнать, просмотрев следующее видео:

Источники тока. Аккумулятор .

Устройство АКБ

Как устроен автомобильный аккумулятор, можно узнать ниже.

Основные компоненты

Большинство современных легковых машин оснащено свинцово-кислотными устройствами на основе жидкого электролита. Они постоянно обновляются и совершенствуются, а также видоизменяются.

Конструкция аккумуляторной батареи состоит из следующих деталей:

• клеммы;
• выходное отверстие;
• крышка;
• шина;
• корпус;
• сепаратор;
• электроды.

Схема работы аккумулятора

Для соединения клемм используются перемычки для аккумуляторных батарей. Они позволяют соединить несколько аккумуляторов в группу или . Разнозаряженные электроды находятся в одном корпусе и погружены в электролит. Электролит, в который помещаются электроды, готовится из раствора воды и серной кислоты.

Качество этих компонентов имеет большое влияние на продолжительность существования аккумулятора. Электрод имеет вид решетки, которая отводит ток. Она изготавливается из свинцового сплава, в состав которого входят вещества, защищающие металл от разложения. Качество сплава и даже размер решетки – все влияет на работу батареи.

Сепаратор играет роль щита между двумя электродами, имеющими разный заряд. Каждый электрод помещен в сепаратор для защиты от замыкания. Он должен иметь две функции: изолировать электроды друг от друга, но в то же время давать доступ ионам электролита к электродам.

В устройствах, которые изобретены сейчас, электроды составлены из сплава свинца и калия. Благодаря этому саморазряд батареи снижается еще ниже, а также снижается потребление воды. В составе также должен находиться выключатель аккумуляторной батареи, он служит для того, чтобы функции батареи отключались при длительном бездействии машины. Хороший выключатель аккумуляторной батареи должен иметь маленькое сопротивление.

Гелевая батарея фирмы Delta

Особенности конструкции разных видов АКБ

Аккумуляторные батареи могут быть различными:

1. WET аккумулятор с жидким электролитом. Есть несколько разновидностей: электроды — состоят из сплава свинца с сурьмой, где названного элемента содержится до 6 %; необслуживаемые кальциевые, где в сплаве содержится кальций; смешанный – гибрид. В нем содержатся и кальций, и сурьма.
2. AGM аккумулятор, состоящий из стекловолокна, прилегающего к свинцовым пластинам.
3. GEL – в этой батарее электролиты находятся в газообразном виде, который возникает благодаря добавлению в конструкцию кислоту оксида кремния. Данный вид батареи очень редко, практически не применяется в легковых автомобилях, но его можно встретить в трейлерах, мотоциклах и скутерах, а также водных мотоциклах и прочей подобной технике.

Популярность аккумуляторных батарей из стекловолокна повышается благодаря машинам с системой рекуперации энергии торможения и систематикой старт-стоп. В зависимости от этого повышаются и требования.

WET аккумулятор с жидким электролитом

Теперь для автомобильного аккумулятора необходимо иметь:

• ток прокрутки еще мощнее;
• повышенную устойчивость к саморазряду;
• более длительный срок эксплуатации.

Аккумуляторы этого типа пользуются популярностью у водителей машин со множеством электронной техники на борту. На рынках автомобилистов можно встретить аккумуляторы типа EFB, которые в некотором роде схожи с WET батареями. Они находятся на границе между WET и AGM и отличаются тем, что в батареях этого типа залит жидкий кислотный электролит, а электроды покрыты тончайшим микроволокном. Благодаря этому батарея гарантирует большую аккумуляцию энергии в автомобиле, больше держит заряд и имеет мощный токоотвод.

Батареи EFB часто используются в машинах на основе старт-стоп систем. Однако они не настолько популярны, как аккумуляторы WET, так как при покупке придется расщедриться.

При покупке устройства необходимо будет рассчитывать на то, что он будет выделять газы при зарядке. Конечно, современные устройства содержат специальный корпус, который помогает отвести газы. Элементы, которые выделяются при заряде аккумулятора, связаны с выделением воды, а иногда выделяются в атмосферу, если заряд устройства превышает допустимый уровень.

Существуют аккумуляторы с пламегасителем. Это устройство предназначено для того, чтобы внутри аккумулятора погасить пламя, если газы внезапно загорятся. Ниже можно узнать принцип работы аккумулятора.

AGM аккумуляторная батарея

Общие сведения

Устройство аккумулятора

Автомобильный стартерный аккумулятор – это химический источник тока, действие которого основано на использовании обратимых электрохимических процессов. Простейший свинцовый аккумулятор состоит из положительного электрода, активным веществом которого является двуокись свинца (темно-коричневого цвета), и отрицательного электрода, активным веществом которого является губчатый свинец (серого цвета). Если оба электрода поместить в сосуд с электролитом (раствор серной кислоты в дистиллированной воде), то между электродами возникнет разность потенциалов.

При подключении к электродам нагрузки (потребителя) в цепи потечет электрический ток, и аккумулятор будет разряжаться. Во время разряда расходуется серная кислота из электролита и одновременно в электролит выделяется вода. Поэтому по мере разряда свинцового аккумулятора уменьшается концентрация серной кислоты, из-за чего плотность электролита понижается. При заряде происходят обратные химические реакции – в электролит выделяется серная кислота и расходуется вода. При этом плотность электролита по мере заряда возрастает. Поскольку при разрядах и зарядах изменяется плотность электролита, то по ее величине можно судить о степени заряженности аккумулятора, чем и пользуются на практике.

Основными электрическими характеристиками аккумулятора являются электродвижущая сила, напряжение и емкость.

Электродвижущей силой (э.д.с.) аккумулятора называется разность потенциалов между его электродами при разомкнутой внешней цепи. Величина э.д.с. исправного аккумулятора зависит от плотности электролита (степени его заряженности) и изменяется в пределах от 1,92 до 2,15 вольта.

Напряжением аккумулятора называется разность потенциалов между его выводами, измеренная под нагрузкой. За номинальное напряжение свинцового аккумулятора принимается величина, равная 2 вольта. Величина напряжения при разряде аккумулятора зависит от величины разрядного тока, продолжительности разряда и температуры электролита; она всегда меньше величины э.д.с. Разряжать аккумулятор ниже определенного предела, называемого конечным разрядным напряжением, недопустимо, так как это может привести к переполюсовке и разрушению активной массы электродов. Величина напряжения при заряде зависит главным образом от степени заряженности аккумулятора, температуры электролита и всегда больше величины э.д.с.

Емкостью аккумулятора называется количество электричества, отдаваемое полностью заряженным аккумулятором при его разряде до допустимого конечного разрядного напряжения. Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах и определяется как произведение величины разрядного тока (в амперах) на продолжительность разряда (в часах). Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы (количества и размера электродов), величины разрядного тока, плотности и температуры электролита, срока службы аккумулятора и является его важнейшей эксплуатационной характеристикой. При больших величинах разрядных токов, при низких температурах электролита, а также в конце срока службы емкость, отдаваемая аккумулятором, снижается. За номинальную емкость аккумулятора принимается емкость, которую должен отдавать аккумулятор при разряде током 20-часового или 10-часового разряда, т.е. при величине разрядного тока, численно равной соответственно 0,05 и 0,1 величины номинальной емкости.

Стартерная автомобильная аккумуляторная батарея состоит из 6 одинаковых аккумуляторов, соединенных последовательно. При таком соединении номинальное напряжение батареи равно сумме номинальных напряжений отдельных аккумуляторов, и составляет 12 вольт, а номинальная емкость батареи остается такой же, как и емкость одного аккумулятора.

Внутреннее устройство

Технический прогресс даже в автомобильной промышленности движется семимильными шагами и его не остановить! Но несмотря на это, машины питаются от привычного элемента, начало которому было положено еще в середине XIX столетия.

Первым, кто изобрел столь нужную вещь, является Гастон Планте, а ее появление пришлось на 1860 год. Конечно, внешний облик батарей тогда разительно отличался, но уже с наступлением 1878 года она приобрела уже современные очертания, которые мы видим по сей день. Эти усовершенствования были введены Камилем Форум.

С той поры кардинальных перемен не было, а если возникали, то носили чисто косметический характер либо менялось качество изготовления составляющих — не более того.

Перечислим же основные элементы источника питания:

• корпус;
• крышка;
• положительная клемма;
• отрицательная клемма;
• плюсовые электроды (аноды);
• минусовые электроды (катоды);
• заливные пробки;
• соединительные перемычки;
• электролит.

Все это в совокупности и обеспечивает выдачу необходимой электрической энергии для запуска двигателя и поддерживания работоспособности бортовой сети. Любой владелец, кто знает, как снимать аккумулятор с машины, хотя бы вкратце знаком с его устройством. А вот новичкам будет интересно.

Дополнительные функции

Многие ЗУ имеют ряд дополнительных функций, призванных облегчить жизнь пользователя. Разберем главные из них.

Защита от переполюсовки

Переполюсовка — это неправильное подключение зарядного устройства к аккумулятору: минусовый контакт к плюсовой клемме и положительный, соответственно, к минусу. Это опасная ошибка, которая может привести к тому, что и само ЗУ, и аккумуляторная батарея выйдут из строя. Поэтому защита от переполюсовки необходима каждому современному заряднику.

Она бывает 3-х типов:

•  на тиристоре;
•  на реле;
•  на полевом транзисторе.

Тиристорная схема «забирает» для своей работы около 2 В от выходного напряжения, что заставляет изменять выходные параметры. В некоторых зарядниках, к примеру, для АКБ мотоцикла, которые должны выдавать всего 6-7 В, тиристорную схему применять нецелесообразно.

Реле не приводит к потерям по току и напряжения, но схема с реле всегда «вторичного» действия — чтобы реле сработало, импульс должен пройти. Поэтому оно не всегда успевает включиться и защитить зарядное устройство. Кроме того, реле не сработает, если батарея посажена «в ноль».

Поэтому наиболее оптимальный тип защиты — на транзисторе-полевике. Она лишена вышеперечисленных недостатков.

Если у вашего зарядного устройства нет защиты от переполюсовки — его можно изготовить своими руками при наличии определенных навыков радиомонтажника.

Защита от короткого замыкания

Защита от короткого замыкания необходима для того, чтобы ЗУ не вышло из строя при внезапной неисправности в сети — или от того, что на клеммы подключенного к нему аккумулятора случайно упал гаечный ключ и соединил их напрямую.

Обдумывая, какое зарядное устройство выбрать, нужно учесть, что оно обязательно должно иметь защиту от КЗ. К слову, это все импульсные устройства и многие из трансформаторных.

Защита реализована путем включения в электронную цепь зарядника автоматической схемы, которая мгновенно размыкает выходную цепь при коротком замыкании и обесточивает систему.

Варианты исполнения могут базироваться на электрореле и современных автоматических выключателях (действующих по тому же принципу, что и автоматы в домашнем электрощитке). Последние предпочтительней, т. к. реле имеет традиционную проблему с «запаздыванием».

Помимо вышеперечисленных, качественное зарядное устройство для аккумулятора должно иметь следующие уровни защиты:

1. От перегрузки при работе.

2. От перегрева.

3. От избыточного зарядного тока и напряжения.

4. От перезаряда.