Устройство аккумулятора
Введение
Одной из составляющей успешного пуска двигателя, является аккумулятор способный крутить стартер с нужной скоростью. Начнем немного с истории, затем перейдем к устройству.
Что такое аккумулятор?
Слово "аккумулятор" происходит от латинского "accumulator", что означает "собиратель". В технике так называют устройства, накапливающие энергию с целью ее дальнейшего применения. При этом аккумулятор может быть не только электрическим. Наиболее простым видом аккумулятора можно считать сжатую или растянутую пружину, в которой накапливается механическая энергия, или тяжелый маховик, раскрученный до большого числа оборотов и запасающий таким образом кинетическую энергию. Существуют пневматические аккумуляторы, тепловые и, наконец, электрические.
Принцип действия электрического аккумулятора основан на явлении такого процесса как электролиз. Обратимость электролиза вот главная составляющая, которая лучше всего подходит для аккумуляторов.
История
Примерно в 1859-1860 годах в лаборатории Александра Беккереля, работал в качестве ассистента Гастон Планте. Молодой человек занимался работой над созданием надежных источников тока для телеграфии. Сначала он заменил платиновые электроды "газового элемента" Грове свинцовыми. А после многочисленных экспериментов и поисков вообще перешел к двум тонким свинцовым пластинкам. Он их проложил суконкой и навил этот сэндвич на деревянную палочку, чтобы он влезал в круглую стеклянную банку с электролитом. Далее подключил обе пластины к батарее. Через некоторое время вторичный элемент зарядился и сам оказался способен давать достаточно ощутимый постоянный ток. При этом если его сразу не разряжали, способность сохранять электродвижущую силу оставалась в нем на довольно продолжительное время. Это было настоящее рождение накопителя электрической энергии, или аккумулятора.
Первые электрические аккумуляторы Гастона Планте имели небольшую емкость, то есть запасали совсем мало электричества. Но соединив несколько банок последовательно, напряжение батареи можно было повысить, а при параллельном их включении повышалась емкость. При этом ток прибора оказывался тем сильнее, чем большая поверхность пластин соприкасалась с раствором электролита.
Потом было обнаружено, что если заряженный первоначально прибор разрядить, затем пропустить через него ток в обратном направлении, да еще проделать эту операцию не один раз, то увеличивается слой окисла на электродах и емкость вторичного элемента возрастает. Этот процесс получил название формовки пластин и занимал у изобретателя Камилла Фора около трех месяцев.
После Парижской выставки 1878 года Фору пришла идея нового метода формовки пластин. Он попробовал заранее покрывать их оксидом свинца, свинцовым суриком. При зарядке сурик на одной из пластин превращался в перекись, а на другой соответственно раскислялся. При этом слой окисла приобретал очень пористое строение, а значит, площадь его поверхности существенно увеличивалась. Процесс формовки проходил значительно быстрее. Аккумуляторы Фора при том же весе запасали значительно больше электрической энергии, чем аккумуляторы Планте. Другими словами, их энергоемкость была выше. Это обстоятельство привлекло к ним большое внимание электротехников.
Последующее совершенствование свинцово-кислотных аккумуляторов шло по пути улучшения их конструкции и изменения технологии производства пластин. Несмотря на широкое распространение, свинцовый аккумулятор - довольно капризное детище электротехники.
Устройство и принцип работы
Аккумулятор представляет собой сосуд, заполненный электролитом, в который опушены свинцовые электроды. Электролитом является раствор серной кислоты и дистиллированной волы. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, вторая — из диоксида свинца PbO:. В результате взаимодействия электролита с электродами на них возникает разность потенциалов.
При подключении потребителя в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы серно-кислотного остатка SO., соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbS04, а ионы водорода — с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды. В результате электроды покрываются серно-кислым свинцом, а серная кислота разбавляется образующейся водой, т. е. при разрядке аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно определить степень разреженности аккумуляторной батареи.
При прохождении электрического тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с серно-кислым свинцом электродов. Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца, содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, в результате чего плотность электролита повышается.
Когда прекращается восстановление свинца на электродах, процесс зарядки аккумулятора заканчивается. При дальнейшем прохождении электрического тока начинается процесс электролиза (распада) воды, аккумулятор «закипает», образуется взрывоопасная смесь газообразного водорода с кислородом.
С уменьшением плотности электролита повышается температура его замерзания. Поэтому при низких температурах окружающего воздуха плотность электролита полностью заряженного аккумулятора должна быть больше. Это предотвращает замерзание электролита в частично разряженном аккумуляторе.
Среднее значение напряжения аккумулятора — 2 В. Поэтому для того, чтобы напряжение аккумуляторной батареи соответствовало напряжению в цепях электрооборудования автомобиля (12 В), необходимо последовательно соединить шесть аккумуляторов.
На автомобилях с дизелями для увеличения мощности стартера используется напряжение 24 В. В этом случае устанавливают аккумуляторную батарею, состоящую из двенадцати последовательно соединенных аккумуляторов, или две последовательно соединенные аккумуляторные батареи напряжением 12 В каждая.
Важным параметром аккумулятора является его емкость, т. е. количество электрической энергии, которую способен отдать аккумулятор. Емкость — это произведение силы разрядного тока на продолжительность разрядки (достижение полностью заряженного аккумулятора предельно допустимого разряженного состояния), измеряется в ампер-часах (Ач). Емкость аккумулятора зависит в первую очередь от площади электродов. Поэтому для повышения емкости аккумулятора необходимо увеличивать площадь пластин и обеспечивать участие в реакции всей массы электродов, а не только их поверхности. С этой целью для изготовления электродов используют пористый материал. Увеличение площади пластин достигается параллельным включением нескольких пластин.
Емкость аккумулятора не является постоянной величиной, она зависит от силы разрядного тока и температуры электролита. При увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумулятора уменьшается, что объясняется неполным протеканием химических реакций разрядки в этих условиях, вследствие сокращения времени разрядки и увеличения вязкости электролита при низких температурах.
Аккумуляторная батарея представляет собой моноблок, выполненный из кислотостойкой пластмассы, который разделен перегородками на отдельные секции, число которых равно числу аккумуляторов в аккумуляторной батарее. Каждая секция сверху закрывается крышкой с отверстиями: одно отверстие для заливки электролита, другое для сообщения с окружающей средой. В каждой секции установлено несколько положительных и отрицательных пластин. Пластины одной полярности соединены между собой в полублок. Так как во избежание коробления каждую положительную пластину помешают между отрицательными, то положительных пластин на одну меньше. Для предотвращения возможности контакта двух соседних пластин разной полярности между ними установлены кислотоупорные вставки из изоляционного материала — сепараторы.. Для циркуляции электролита между пластинами сепараторы изготовляют пористыми.
Уход
Обычные стартерные свинцовые аккумуляторные батареи имеют достаточно высокие характеристики, однако обладают рядом существенных недостатков.
В результате электролиза при эксплуатации свинцовой аккумуляторной батареи снижается уровень электролита, что требует периодического добавления дистиллированной воды. Электролитическое разложение воды происходит при зарядке, особенно интенсивно при перезарядке. Во время длительных перерывов в эксплуатации автомобиля происходит саморазрядка их аккумуляторной батареи. В сутки потери могут составить 0,5—0.8 %, а к концу срока службы и до 3—4 %, что приводит к необходимости подзарядки.
Снижение уровня электролита необходимо компенсировать периодическим добавлением дистиллированной воды. Так же следует подзаряжать разрядившийся аккумулятор, это особенно актуально зимой.
Срок службы свинцовых аккумуляторных батарей ограничивается в основном коррозией решеток электродов. Кроме того, электролиз воды с выделением активного кислорода способствует ускоренной коррозии решеток положительных электродов. Интенсивность электролиза и сопутствующей ему коррозии решеток возрастают при перезарядке, повышении температуры и старении аккумуляторных батарей. Эти недостатки присущи обычным аккумуляторным батареям и связаны с наличием 5—7 % сурьмы в сплаве свинца решетки электродов. Легирование свинца сурьмой обеспечивает необходимую механическую прочность решеток. Также в сплав вводится 0,1—0,2 % мышьяка, что повышает коррозионную стойкость положительных решеток электродов.
Сурьма в сплаве положительных пластин способствует более интенсивному выделению кислорода и, одновременно, электрохимическому переносу и отложению сурьмы на поверхности отрицательного электрода. Присутствие даже небольшого количества сурьмы на поверхности отрицательного электрода приводит к интенсивности выделения водорода.
На отрицательных электродах происходит выделение водорода, а на положительных — кислорода. Интенсивность газовыделения зависит от напряжения на электродах.
В работе над статьей использовались материалы со следующих ресурсов:
http://www.autodostavka.ru
http://ru.wikipedia.org
http://www.powerinfo.ru
Одной из составляющей успешного пуска двигателя, является аккумулятор способный крутить стартер с нужной скоростью. Начнем немного с истории, затем перейдем к устройству.
Что такое аккумулятор?
Слово "аккумулятор" происходит от латинского "accumulator", что означает "собиратель". В технике так называют устройства, накапливающие энергию с целью ее дальнейшего применения. При этом аккумулятор может быть не только электрическим. Наиболее простым видом аккумулятора можно считать сжатую или растянутую пружину, в которой накапливается механическая энергия, или тяжелый маховик, раскрученный до большого числа оборотов и запасающий таким образом кинетическую энергию. Существуют пневматические аккумуляторы, тепловые и, наконец, электрические.
Принцип действия электрического аккумулятора основан на явлении такого процесса как электролиз. Обратимость электролиза вот главная составляющая, которая лучше всего подходит для аккумуляторов.
История
Примерно в 1859-1860 годах в лаборатории Александра Беккереля, работал в качестве ассистента Гастон Планте. Молодой человек занимался работой над созданием надежных источников тока для телеграфии. Сначала он заменил платиновые электроды "газового элемента" Грове свинцовыми. А после многочисленных экспериментов и поисков вообще перешел к двум тонким свинцовым пластинкам. Он их проложил суконкой и навил этот сэндвич на деревянную палочку, чтобы он влезал в круглую стеклянную банку с электролитом. Далее подключил обе пластины к батарее. Через некоторое время вторичный элемент зарядился и сам оказался способен давать достаточно ощутимый постоянный ток. При этом если его сразу не разряжали, способность сохранять электродвижущую силу оставалась в нем на довольно продолжительное время. Это было настоящее рождение накопителя электрической энергии, или аккумулятора.
Первые электрические аккумуляторы Гастона Планте имели небольшую емкость, то есть запасали совсем мало электричества. Но соединив несколько банок последовательно, напряжение батареи можно было повысить, а при параллельном их включении повышалась емкость. При этом ток прибора оказывался тем сильнее, чем большая поверхность пластин соприкасалась с раствором электролита.
Потом было обнаружено, что если заряженный первоначально прибор разрядить, затем пропустить через него ток в обратном направлении, да еще проделать эту операцию не один раз, то увеличивается слой окисла на электродах и емкость вторичного элемента возрастает. Этот процесс получил название формовки пластин и занимал у изобретателя Камилла Фора около трех месяцев.
После Парижской выставки 1878 года Фору пришла идея нового метода формовки пластин. Он попробовал заранее покрывать их оксидом свинца, свинцовым суриком. При зарядке сурик на одной из пластин превращался в перекись, а на другой соответственно раскислялся. При этом слой окисла приобретал очень пористое строение, а значит, площадь его поверхности существенно увеличивалась. Процесс формовки проходил значительно быстрее. Аккумуляторы Фора при том же весе запасали значительно больше электрической энергии, чем аккумуляторы Планте. Другими словами, их энергоемкость была выше. Это обстоятельство привлекло к ним большое внимание электротехников.
Последующее совершенствование свинцово-кислотных аккумуляторов шло по пути улучшения их конструкции и изменения технологии производства пластин. Несмотря на широкое распространение, свинцовый аккумулятор - довольно капризное детище электротехники.
Устройство и принцип работы
Аккумулятор представляет собой сосуд, заполненный электролитом, в который опушены свинцовые электроды. Электролитом является раствор серной кислоты и дистиллированной волы. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, вторая — из диоксида свинца PbO:. В результате взаимодействия электролита с электродами на них возникает разность потенциалов.
При подключении потребителя в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы серно-кислотного остатка SO., соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbS04, а ионы водорода — с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды. В результате электроды покрываются серно-кислым свинцом, а серная кислота разбавляется образующейся водой, т. е. при разрядке аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно определить степень разреженности аккумуляторной батареи.
При прохождении электрического тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с серно-кислым свинцом электродов. Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец. Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца, содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, в результате чего плотность электролита повышается.
Когда прекращается восстановление свинца на электродах, процесс зарядки аккумулятора заканчивается. При дальнейшем прохождении электрического тока начинается процесс электролиза (распада) воды, аккумулятор «закипает», образуется взрывоопасная смесь газообразного водорода с кислородом.
С уменьшением плотности электролита повышается температура его замерзания. Поэтому при низких температурах окружающего воздуха плотность электролита полностью заряженного аккумулятора должна быть больше. Это предотвращает замерзание электролита в частично разряженном аккумуляторе.
Среднее значение напряжения аккумулятора — 2 В. Поэтому для того, чтобы напряжение аккумуляторной батареи соответствовало напряжению в цепях электрооборудования автомобиля (12 В), необходимо последовательно соединить шесть аккумуляторов.
На автомобилях с дизелями для увеличения мощности стартера используется напряжение 24 В. В этом случае устанавливают аккумуляторную батарею, состоящую из двенадцати последовательно соединенных аккумуляторов, или две последовательно соединенные аккумуляторные батареи напряжением 12 В каждая.
Важным параметром аккумулятора является его емкость, т. е. количество электрической энергии, которую способен отдать аккумулятор. Емкость — это произведение силы разрядного тока на продолжительность разрядки (достижение полностью заряженного аккумулятора предельно допустимого разряженного состояния), измеряется в ампер-часах (Ач). Емкость аккумулятора зависит в первую очередь от площади электродов. Поэтому для повышения емкости аккумулятора необходимо увеличивать площадь пластин и обеспечивать участие в реакции всей массы электродов, а не только их поверхности. С этой целью для изготовления электродов используют пористый материал. Увеличение площади пластин достигается параллельным включением нескольких пластин.
Емкость аккумулятора не является постоянной величиной, она зависит от силы разрядного тока и температуры электролита. При увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумулятора уменьшается, что объясняется неполным протеканием химических реакций разрядки в этих условиях, вследствие сокращения времени разрядки и увеличения вязкости электролита при низких температурах.
Аккумуляторная батарея представляет собой моноблок, выполненный из кислотостойкой пластмассы, который разделен перегородками на отдельные секции, число которых равно числу аккумуляторов в аккумуляторной батарее. Каждая секция сверху закрывается крышкой с отверстиями: одно отверстие для заливки электролита, другое для сообщения с окружающей средой. В каждой секции установлено несколько положительных и отрицательных пластин. Пластины одной полярности соединены между собой в полублок. Так как во избежание коробления каждую положительную пластину помешают между отрицательными, то положительных пластин на одну меньше. Для предотвращения возможности контакта двух соседних пластин разной полярности между ними установлены кислотоупорные вставки из изоляционного материала — сепараторы.. Для циркуляции электролита между пластинами сепараторы изготовляют пористыми.
Уход
Обычные стартерные свинцовые аккумуляторные батареи имеют достаточно высокие характеристики, однако обладают рядом существенных недостатков.
В результате электролиза при эксплуатации свинцовой аккумуляторной батареи снижается уровень электролита, что требует периодического добавления дистиллированной воды. Электролитическое разложение воды происходит при зарядке, особенно интенсивно при перезарядке. Во время длительных перерывов в эксплуатации автомобиля происходит саморазрядка их аккумуляторной батареи. В сутки потери могут составить 0,5—0.8 %, а к концу срока службы и до 3—4 %, что приводит к необходимости подзарядки.
Снижение уровня электролита необходимо компенсировать периодическим добавлением дистиллированной воды. Так же следует подзаряжать разрядившийся аккумулятор, это особенно актуально зимой.
Срок службы свинцовых аккумуляторных батарей ограничивается в основном коррозией решеток электродов. Кроме того, электролиз воды с выделением активного кислорода способствует ускоренной коррозии решеток положительных электродов. Интенсивность электролиза и сопутствующей ему коррозии решеток возрастают при перезарядке, повышении температуры и старении аккумуляторных батарей. Эти недостатки присущи обычным аккумуляторным батареям и связаны с наличием 5—7 % сурьмы в сплаве свинца решетки электродов. Легирование свинца сурьмой обеспечивает необходимую механическую прочность решеток. Также в сплав вводится 0,1—0,2 % мышьяка, что повышает коррозионную стойкость положительных решеток электродов.
Сурьма в сплаве положительных пластин способствует более интенсивному выделению кислорода и, одновременно, электрохимическому переносу и отложению сурьмы на поверхности отрицательного электрода. Присутствие даже небольшого количества сурьмы на поверхности отрицательного электрода приводит к интенсивности выделения водорода.
На отрицательных электродах происходит выделение водорода, а на положительных — кислорода. Интенсивность газовыделения зависит от напряжения на электродах.
В работе над статьей использовались материалы со следующих ресурсов:
http://www.autodostavka.ru
http://ru.wikipedia.org
http://www.powerinfo.ru
