Автомобильная аккумуляторная батарея — электрохимическое устройство, которое по мере необходимости может подавать ток, достаточный для работы электрических систем, установленных на автомобилях. Все автомобильные аккумуляторные батареи представляют собой батареи вторичного типа, это значит, что их можно перезаряжать после разрядки. Первичный элемент, как, например, батарея типа АА, используемая для питания простого фонарика, является одноразовым: после разрядки его невозможно перезарядить.
Важно отметить, что батарея не накапливает электричество. Аккумуляторная батарея представляет собой устройство для хранения химических веществ, обладающее потенциалом для производства электрического тока. Когда она находится в заряженном состоянии и подключена к цепи, в ней происходит химическая реакция, при которой вырабатывается электрический ток.
Конструкция и принцип действия аккумулятора
Стандартный шестиэлементный автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор заливного типа в разрезе
12-вольтовый автомобильный аккумулятор состоит из шести отдельных элементов, соединенных в блоки и расположенных между двумя внешними электродами (положительным и отрицательным), как показано на рисунке.
Простой одиночный элемент аккумуляторной батареи состоит из двух электродов из разных материалов, погруженных в раствор, называемый электролитом. В стандартном автомобильном аккумуляторе активный материал положительного электрода производится из двуокиси свинца (РЬО2), а отрицательного электрода — из губчатого свинца (РЬ). Оба электрода погружаются в раствор разбавленной серной кислоты, и получается элемент аккумуляторной батареи, как показано на рисунке.
Циклический заряд-разряд
Процесс разрядки и зарядки батареи называется “перезарядкой батареи“ и происходит непрерывно. Например, при запуске двигателя происходит частичная разрядка батареи, а затем батарея заряжается от генератора.
Глубокий разряд
Глубокий разряд — это состояние, когда батарея полностью разряжается перед зарядкой, например, как в случае аккумуляторов, используемых на электрокарах для гольфа или развозки молока. Стандартные автомобильные аккумуляторы заливного типа не предназначены для работы в режиме глубокого разряда, и каждый раз, когда батарея разряжается до такого состояния, ее срок службы будет сокращаться. для работы в условиях избыточного тепла, производимого при зарядке глубоко разряженной батареи, используются внутренние электродные пластины с повышенными эксплуатационными характеристиками; элементы обычной батареи в таких условиях деформируются и сцепляются внутри блока.
Конструкция аккумуляторной батареи и ее варианты
Аккумуляторная батарея состоит из нескольких пластин. Эти пластины служат проводником тока между областью химической реакции внутри батареи и клеммным соединением. Пластина выполнена в форме сетки, на которую нанесены активные материалы — двуокись свинца (положительная пластина) и губчатый свинец (отрицательная пластина), которые образуют отдельные химические источники тока.
Пластины разделяет пористый изолятор, через который может проходить электролит, но который не позволяет положительной и отрицательной пластинам соприкасаться и создавать короткое замыкание.
Сами пластины изготовлены из свинцового сплава, характеристики которого выбираются в соответствии с конструкцией и областью применения батареи.
С появлением новых технологий в автомобилестроении возникла потребность в батареях, которые могли бы работать в режиме регулярных циклов разрядки и быстрой зарядки. Для таких областей применения больше подходят аккумуляторные батареи с абсорбирующими перегородками из стеклянного микроволокна (AGM) или гелевые аккумуляторные батареи.
Стекловатные маты или электролитический гель заполняет пространство между пластинами батареи, заменяя жидкий электролит. Увеличенная площадь пластин обеспечивает более низкое общее сопротивление аккумуляторной батареи. Благодаря этому батарея заряжается быстрее, и при необходимости дает более высокий ток.
Эти аккумуляторные батареи также осуществляют рекомбинацию газов, т.е. все газы, которые образуются при зарядке и разрядке, остаются внутри батареи и возвращаются в химическую реакцию. За счет этого аккумуляторные батареи не требуют обслуживания.
Аккумуляторы AGM нельзя заряжать напряжением выше 14,8В. Это приведет к их повреждению.
При зарядке любой аккумуляторной батареи следует использовать только специально предназначенное зарядное устройство с соответствующими типу батареи характеристиками.
Если шесть элементов аккумулятора соединены вместе в блоки, то общее напряжение на клеммном выводе можно подсчитать как сумму напряжений всех элементов.
Общее напряжение элементов автомобильного аккумулятора
2.1V+2.1V+2.1V+2.1V+2.1V+2.1V=12.6V
Каждый элемент аккумуляторной батареи производит ток немного большего напряжения, чем 2,1 В, и соответственно, значение может быть больше 12,6В.
Удельная плотность электролита
Наряду с проверкой напряжения разомкнутой цепи батареи, необходимо провести точное измерение уровня заряда батареи, для этого следует проверить удельную плотность электролита в каждом отдельном элементе аккумуляторной батареи. Мы знаем, что для того чтобы внутри батареи происходила химическая реакция, каждый элемент погружается в электролитический раствор серной кислоты. Фактически, чуть более трети раствора составляет серная кислота, остальное - деионизированная вода.
Удельная плотность — это плотность электролита в сравнении с плотностью воды, измеренная с помощью ареометра. Удельная плотность раствора (электролита) является точной мерой содержания в нем серной кислоты, и, соответственно, его концентрации - и уровня заряда батареи
Удельную плотность батарей AGM/гелиевых аккумуляторов проверить невозможно, поскольку элементы герметичны.
По мере расходования электрического тока электропотребителями, насыщенность раствора электролита становится слабее, и оба электрода батареи сульфатируются. Таким образом, концентрация кислоты в электролите четко определяет уровень заряда батареи, поскольку чем кислота слабее, тем слабее заряд.
Визуальный индикатор
Некоторые аккумуляторные батареи, не требующие обслуживания, оснащены ареометром для быстрой проверки состояния и уровня заряда батареи.
Основные показатели аккумуляторной батареи
На табличке батареи приводится стандартный набор данных — выходные характеристики и емкость батареи в соответствии со стандартом Международного совета по аккумуляторным батареям. Помимо этого, некоторые герметичные батареи (AGM) оснащены смотровым индикатором для определения состояния батареи.
ССА — Ток холодного пуска
Особой характеристикой является сила тока, которую может обеспечивать батарея в течение одной минуты при температуре окружающей среды, указанной в скобках после CCA, без перепада напряжения на клеммах ниже 7,2 В.
Номинальная характеристика очень важна, поскольку она определяет, может ли батарея, установленная в автомобиле, запустить двигатель в холодную погоду. Для дизельного двигателя требуется батарея с большим током холодного пуска, поскольку для запуска такого двигателя требуется увеличенное усилие по причине более высокой степени сжатия.
СА — Ток пуска
На некоторых батареях указывается также ток пуска, но этот параметр нельзя путать с током холодного пуска. Батарее проще работать при более высокой температуре среды, поэтому значение этой характеристики должно быть выше ССА.
RC — Резервная емкость
Эта характеристика определяет период времени, в течение которого можно будет продолжить поездку после выхода системы зарядки из строя. Этот показатель измеряется при наличии нагрузки в 25 А при температуре среды 26,7С, пока напряжение между клеммами не снизится до 10,5 В. Батарея с показателем RC, равным 195 мин., означает, что батарея сможет запускать автомобиль в течение 195 минут.
Ah — Ампер-часы
Емкость батареи в ампер-часах (Ач), обеспечивающая стабильный ток в течение 20 часов при температуре 26,7С. Например, аккумулятор, который может подавать ток 4 А в течение 20 часов, будет иметь номинальную характеристику 80 Ач.
