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.

Как работают автомобильные аккумуляторы

Автомобильные аккумуляторы — это электрические накопители, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. Основы работы автомобильного аккумулятора практически не изменились за 70 лет. Аккумулятор в вашем автомобиле имеет свинцово-кислотную конструкцию; кислота или электролит вступает в реакцию со свинцовыми пластинами внутри батареи для производства электричества.

Свинцово-кислотные батареи попадают в категорию «SLI» (подробнее на сайте: https://www.koleso-russia.ru/catalog/batteries/). SLI означает «запуск, освещение и зажигание». Этот тип батареи обеспечивает короткие импульсы энергии для питания ваших фонарей, аксессуаров и двигателя. Как только аккумулятор разряжает двигатель, генератор получает питание для автомобиля. Большинство автомобилей поставляются с обычным аккумулятором SLI с завода.

Неудивительно, что для переворачивания большого двигателя требуется больше энергии, чем для маленького, поэтому размер батареи должен быть соответствующим образом рассчитан и оценен. Транспортные средства сегодня также имеют гораздо более высокие электрические нагрузки от многочисленных компьютеров, модулей и аксессуаров, и для правильной работы этих систем потребуется батарея с достаточным зарядом. Чрезмерная переработка автомобильной батареи путем ее установки, которая слишком мала для удовлетворения всех потребностей автомобиля в мощности, может привести к преждевременному прекращению реакции электролита.

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ БАТАРЕЙ

Автомобильный аккумуляторный электролит состоит из серной кислоты и воды. Когда батарея разряжается, положительные и отрицательные свинцовые пластины становятся сульфатом свинца, и электролит теряет большую часть своей серной кислоты, превращаясь в основном в воду. Когда он заряжается, отрицательная пластина состоит из свинца и положительной пластины из диоксида свинца, при этом электролит восстанавливает свою кислотность. Соблюдайте осторожность при обращении с автомобильными аккумуляторами, потому что кислота, а также любые остатки, которые накапливаются на стойках аккумулятора, являются едкими. Всегда надевайте защиту для глаз и рук при работе с батареями.

Усилитель запуска (CA) — это показатель пусковой мощности аккумулятора. Выберите автомобильный аккумулятор, который соответствует требованиям автомобиля, проконсультировавшись с его владельцем или руководством по ремонту.

Усилители холодного пуска (CCA) — это показатель CA при 32º F или 0º C. Если вы живете в более холодном климате, это важный фактор. При температурах ниже нуля многие аккумуляторы могут выдавать только около 50-60 процентов от их амплитуды запуска, поскольку химический процесс в элементах аккумулятора фактически замедлен и скомпрометирован.

Необслуживаемые автомобильные аккумуляторы сегодня в значительной степени являются стандартом по сравнению со старыми школьными аккумуляторами, которые требовали контроля уровня электролита и периодического добавления дистиллированной воды.

Автомобильные клеммы или стойки аккумулятора расположены сбоку от батареи или сверху. Держите их в чистоте и не допускайте коррозии для достижения наилучших результатов, используя распылитель клемм аккумулятора и щетку для чистки клемм.

---

shop.advanceautoparts.com/r/advice/car-maintenance/how-to-choose-best-car-battery

Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

1. Все статьи
2. Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности

Автомобильный аккумулятор выполняет три функции. Основанная функция АКБ – это запуск двигателя. Также, батарея питает бортовые электрические устройства – при неработающем двигателе. Вторая важная функция – возможность аварийного питания, источником которого аккумулятор выступает в случае поломки генератора. Третья функция – это достижение баланса напряжения, которое поступает от  генератора. Эта функция характерна для инжекторных двигателей.

Устройство аккумулятора автомобиля существенно не меняется уже много десятилетий. Хотя развитие технологий и появление новых материалов более высокого качества способствует более надежной конструкции и работе АКБ.

Основу работы аккумулятора составляет принцип возникновения разности потенциалов – то есть, напряжения. Оно возникает между пластинами, которые погружены в раствор электролита.

АКБ – устройство, которое, в зависимости от типа и производителя, имеет определенные  конструктивно-технологические различия. Но общий принцип – одинаков: все аккумуляторные батареи содержат электроды, разделенные сепараторами, и помещенные в пространство, заполненное электролитом.

Корпус

Корпус аккумулятора состоит из двух частей: основной глубокой емкости и закрывающей крышки. Она может быть оснащена горловинами с пробками или системой, при помощи которой стабилизируется давление внутри батареи, и отводится образующийся газ. Конструкция корпуса зависит от типа АКБ.

Сам корпус изготовлен из материала, к которому предъявляются большие требования прочности и безопасности. Он должен быть устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, переносить колебания температуры и сильную вибрацию. В большинстве современных аккумуляторов корпус сделан из полипропилена.

Внутренние отсеки

Стандартное устройство аккумуляторной батареи представляет собой контейнер, состоящий из шести секций (или, как их называют, «банок»). Каждая секция – это отдельный источник питания. Она вырабатывает порядка 2 – 2,1 В. Стандартная АКБ рассчитана на 12 В.

В каждой из ячеек находится набор (или пакет) из отдельных пластин с чередующейся полярностью. То есть, одна пластина положительная, другая отрицательная. Причем, пластины отделены друг от друга. Пластины сделаны из свинца и имеют решетчатую структуру в виде прямоугольных сот. Это облегчает нанесение них активной массы – основного рабочего реагента.

Пластины

Для увеличения прочности пластин в них добавляют сурьму. У этой технологии есть и свои недостатки: присутствие сурьмы способствует выкипанию воды из электролита. Это – основная причина, по которой практически во все типы АКБ необходимо доливать воду. Но технологии не стоят на месте. Устройство автомобильных аккумуляторов совершенствуется. Количество сурьмы в свинцовых пластинах значительно уменьшилось, благодаря чему появились малообслуживаемые и гибридные аккумуляторы.

На положительный электрод наносится двуокись свинца, на отрицательный – губчатый свинец. Внутрь заливается электролит, который является водным раствором серной кислоты.

Каждая чередующаяся пластина является электродом, имеющим противоположную полярность. Таким образом, с целью предотвращения замыкания, между каждой парой пластин располагается сепаратор. Он изготовлен из пористого пластика и не создает препятствий для циркуляции электролита внутри ячейки.

Пластин с отрицательной полярностью больше на 1 единицу, так как каждая пластина с положительным зарядом помещена между двумя отрицательными (минусовыми).

Пакет с пластинами надежно фиксируется, чтобы предотвратить смещение и деформацию. Фиксация осуществляется при помощи специального бандажа. Токовыводы пластин (плюсовые и минусовые) объединены в пары. Концентрация энергии происходит при помощи токосборников – на выводные борны аккумулятора. К ним  токоприемные клеммы.

Устройство АКБ обеспечивает максимальную надежность. Современные аккумуляторы – это качественные устройства, выступающие источниками питания даже для самых мощных автомобилей.

Виды современных аккумуляторов

Современные АКБ подразделяются на два основных вида: классические и необслуживаемые. Классические существуют уже больше ста лет и описаны выше. Необслуживаемые аккумуляторные батареи были созданы всего несколько десятилетий назад. Они эффективно работают в любом, даже перевернутом, положении. Вместо жидкого электролита в них применяется гелиевый, или адсорбированный сепараторами. Устройство автомобильного аккумулятора, который является необслуживаемым, подразумевает максимальную герметичность. Для отвода газов, которые выделяются при заряде и разряде, предусмотрен специальный клапан.

Главное различие необслуживаемых АКБ от классических – в более низких разрядных и зарядных токах.  Причина – в конструкции необслуживаемых батарей. При больших токах классическая АКБ активно выделяет газ и «закипает». У необслуживаемых и герметизированных батарей этого нет.

Google

 

Как работает аккумулятор автомобиля

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

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

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

Содержание статьи:

Что такое АКБ для автомобиля, предназначение

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

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

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

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

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

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

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

Из чего сделан и что внутри аккумулятора

Не смотря, на весь технический прогресс, до сих пор, в автомобилях, используются аккумуляторные батареи, изобретённые в середине 19-го века.

Изобретателем АКБ считается Гастон Планте, которые изобрёл его в 1860 году. Ну а современный вид батареи приобрели в 1878 году, после того как его усовершенствовал Камилл Фор.

С этого времени батареи принципиально не менялись, все изменения были только косметическими, касающиеся их внешнего вида и качества изготовления элементов конструкции.

Данные аккумуляторы называются свинцово-кислотными, и в названии заключается описание принципа действия этих устройств.

Рисунок 19 века, на котором показан один из первых аккумуляторов в разрезе.

Итак, аккумулятор состоит из следующих основных частей:

• Корпуса;
• Крышки;
• Отрицательных электродов;
• Положительных электродов;
• Положительной клемы;
• Отрицательной клемы;
• Соединительных перемычек;
• Заливных пробок;
• Электролита

Далее рассмотрим каждый элемент конструкции.

Итак, корпус и крышка батареи состоит из нейтрального к кислоте пластика.

Отрицательные пластины, впрочем, как и положительные состоят из металлического свинца и выполнены в виде решётки.

В отрицательной пластине, промежутки свинцовой решётки заполнены металлическим свинцом, в виде спрессованного порошка. В положительной – спрессованным порошком диоксида свинца (PbO2).

В промежутке между пластинами располагаются сепараторы, которые представляют собой микропористые пластины, сделанные из эбонита или ревертекса. Оба материала можно считать неким вариантом резины, и делаются они из каучука.

Задача сепараторов заключается в том, чтобы разделять положительные и отрицательные электроды и препятствовать их короткому замыканию, которое может произойти в результате вибраций двигателя и всего автомобиля.

Обе клеммы сделаны из металлического свинца и через них происходит подсоединение батареи к бортовой сети машины.

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

Соединительные перемычки, так же выполнены из свинца и служат для объединения разных банок в единую батарею.

Для чего нужна заливная пробка, легко догадаться из названия этой детали. Она служит для заливки электролита в банки АКБ.

Ну и последняя в списке, но при этом одна из самых главных деталей аккумулятора является электролит. Он состоит из 30 % раствора серной кислоты (h4SO4) и дистиллированной воды.

Принцип работы АКБ

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

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

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

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

Особенности конструкции современных АКБ

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

Рассмотрим их по отдельности:

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

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

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

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

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

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

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

• Гелевые электролиты

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

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

Читайте также: Как правильно менять Антифриз в машине

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

Параметры и характеристики аккумуляторной батареи

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

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

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

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

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

• Тип ДВС;
• Объём двигателя вашей машины;

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

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

Для дизельных силовых агрегатов эти параметры несколько иные:

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

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

Для дизельных силовых агрегатов вам потребуются более ёмкие батареи.

Аккумуляторы будущего

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

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

• Гелевые аккумуляторы

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

Гелевая АКБ

• Литий-ионные аккумуляторы

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

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

Литий-ионная АКБ, чешской компании Варта

• Графен-полимерные аккумуляторы

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

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

Опытная графен-полимерная АКБ

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

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

Как работает система зарядки

Внутри генератора ротор с ременным приводом становится электромагнитом, когда на него подается ток. Когда ротор вращается, он генерирует более высокий ток в обмотках статора.

Автомобиль использует довольно много электричества для работы зажигание и другое электрооборудование.

Если власть пришла от обычного аккумулятор Скоро сбежит. Таким образом, автомобиль имеет аккумулятор аккумулятор и система зарядки, чтобы держать его доливым.

Аккумулятор имеет пары свинца тарелки погружают в смесь серной кислоты и дистиллированной воды.

Половина плит подключены к каждому Терминал , Электричество, подаваемое на батарею, вызывает химическую реакцию, которая откладывает дополнительный свинец на один набор пластин.

Когда аккумулятор подает электричество, происходит совершенно противоположное: лишний свинец растворяется с пластин в результате реакции, которая производит электрический ток ,

Аккумулятор заряжается от генератор на современных автомобилях или динамо на более ранних.Оба типа генератор и приводятся в движение ремнем из двигатель ,

генератор состоит из статор — стационарный комплект проводов катушка обмотки, внутри которых вращается ротор.

ротор электромагнит поставляется с небольшим количеством электроэнергии через углерод или медь-углерод щетки (контакты) касаясь двух вращающихся металлов кольца скольжения на его валу.

Вращение электромагнита внутри катушек статора генерирует гораздо больше электричества внутри этих катушек.

Электричество есть переменный ток — направление его потока меняется назад и вперед при каждом повороте ротора. Должно быть выпрямленный — превратился в односторонний поток, или постоянный ток ,

Динамо дает постоянный ток, но менее эффективно, особенно при низких двигатель Скорость и весит больше, чем генератор.

Сигнальная лампа на панель приборов светится, когда батарея не заряжается должным образом, например, когда двигатель останавливается.

Также может быть амперметр чтобы показать, сколько электроэнергии вырабатывается, или индикатор состояния батареи, показывающий состояние батареи обвинение ,

Как работает генератор

Как течет ток в генераторе

Перемещение магнита по замкнутому контуру провода приводит к протеканию электрического тока в проводе. Представьте себе петлю из проволоки с магнитом внутри.

Северный полюс магнита проходит верхушку петли как Южный полюс проходит дно. Оба прохода создают поток тока в одном направлении вокруг контура.

Полюса удаляются, и ток перестает течь, пока южный полюс не достигнет вершины, а северный полюс — дна.

Это снова делает поток тока, но в противоположном направлении.

Автомобильный генератор использует электромагнит для повышения мощности электрического тока.

Как работает динамо

Обмотки поля внутри тела являются электромагнитом динамо. Ток генерируется во вращающейся арматуре.

В динамо электромагниты являются стационарными, и называются поле катушки. Ток производится в арматура — другой набор катушек, намотанных на вал и вращающихся внутри полевых катушек.

Принцип тот же, что и у генератора, но ток идет на коммутатор — металлическое кольцо, разделенное на сегменты, которые соприкасаются угольными щетками, установленными в Подпружиненный гиды. Два сегмента касаются пары кистей и подают ток к ним.

Когда якорь поворачивается, ток меняет направление.Но к тому времени другая пара коммутационных сегментов попала под щетки, и эта пара была подключена наоборот — так что выходящий ток всегда течет в одном направлении.

Регулирование тока на аккумулятор

Ток от генератора выпрямляется в постоянный ток с помощью набора диоды которые позволяют току течь через них только в одном направлении.

Для зарядки аккумулятора напряжение, подаваемое на него, не должно быть слишком низким или слишком высоким.

Генератор переменного тока имеет транзисторное управляющее устройство, которое регулирует напряжение путем подачи более или менее тока — по мере необходимости — на электромагнит.

Выпрямитель и регулятор обычно находятся внутри корпуса генератора, но на некоторых генераторах они снаружи, смонтированы на корпусе генератора.

Динамо не нуждается в выпрямителе — есть регулятор напряжения в отдельной коробке, которая имеет реле ,

Одно реле контролирует уровень напряжения путем кратковременного отключения тока в полевых катушках.

Второе реле предотвращает перезарядку динамо и повреждение аккумулятора.

,

Как проверить автомобильный аккумулятор

Если приборная панель вашего автомобиля имеет амперметр , он скажет вам, насколько хорошо работает система зарядки — разница между обвинение вдаваясь в аккумулятор и сила, используемая от этого.

Индикатор состояния батареи показывает только то, что генератор заряжается от повышения напряжения. Это не говорит вам, насколько высокая или низкая скорость зарядки — хотя обычно любое повышение означает, что заряд является адекватным.

Многие автомобили имеют только зажигание сигнальная лампа, красный предупреждающий сигнал, который должен погаснуть после двигатель начинается.

Это говорит о том, что генератор вырабатывает электричество, а не то, достаточно ли он вырабатывает батарею для зарядки. Но любое ненормальное поведение света означает, что где-то что-то не так.

Перед проверкой системы зарядки убедитесь, что в аккумуляторе отсутствуют какие-либо дефекты, которые могут вызвать симптомы, аналогичные неисправному генератору.

Если двигатель не перевернется, проверьте на предмет ослабления или поломки пусковой двигатель , соленоид или заземления.

Осмотрите аккумулятор на предмет ослабления, загрязнения или коррозии терминалы , Очистите корродированные клеммы и провода с очень горячей водой. Защитите их немного нефть желе, не смазывайте жиром и устанавливайте провода плотно.

Помните, что аккумуляторная кислота очень едкая и ядовитая. Избегайте попадания на одежду. Немедленно смыть, если он попал на кожу.

При проведении любых испытаний двигателя во время его работы или переворачивания держите волосы и свободную одежду подальше от ремней и шкивов.

Проверка гидрометра

Проверяйте электролит в одной ячейке за раз. Положите его обратно в клетку, из которой он пришел.

Проверьте состояние заряда аккумулятора с ареометр , который измеряет силу кислоты в электролит или аккумуляторная жидкость.

Это, однако, не дает представления о емкости батареи — ее способности поддерживать заряд достаточно хорошо, чтобы выполнять свои задачи.

Емкость аккумулятора зависит от размера и количества тарелки в каждом клетка , Если какие-либо пластины повреждены, емкость этой ячейки уменьшается. Электролит в герметичной аккумуляторной батарее не может быть легко проверен.

Индикатор состояния батареи

Индикатор состояния батареи откалиброван в вольтах и ​​имеет красно-зелено-красную шкалу.

Некоторые автомобили оснащены индикатором состояния аккумулятора, который представляет собой вольтметр , Может быть откалиброван в вольт , скользя по цвету масштаб или тремя группы из красно-зелено-красного.

Когда ты переключатель на зажигании индикатор показывает напряжение батареи , чуть более 12 вольт для 12-вольтовой батареи или около красно-зеленого деления.

Более низкое значение означает, что аккумулятор заряжен не полностью.

Если чтение хорошо вниз, в то время как все схемы и индикаторы выключены — аккумулятор не держит заряд или «разряжен».

При запуске двигателя индикатор показывает выходную мощность генератора. Он должен медленно приближаться к отметке 14 вольт или на полпути в зеленый сектор.

Он должен оставаться устойчивым на всех оборотах двигателя, если автомобиль имеет генератор или на скорости выше холостого хода, если есть динамо.

Если индикатор падает до 12 вольт или ниже, проверьте поклонник ремень (см. Проверка, регулировка и установка приводных ремней ) или выход генератора.

Амперметр

Амперметр показывает величину тока, протекающего к батарее или от нее.

В некоторых автомобилях все еще установлены амперметры на приборной панели. Амперметр говорит вам, насколько хорошо работает система зарядки, и дает более непосредственную информацию, чем вольтметр.

Амперметр показывает количество ток вход или выход из батареи, или разница между ними. Таким образом, он сразу показывает, заряжается ли аккумулятор от генератора или разряжается при большой нагрузке.

На практике, если система зарядки находится в хорошем состоянии, показания всегда должны быть сильными.

Если амперметр показывает очень низкое или отрицательное значение, вы сразу понимаете, что что-то не так, тогда как вольтметр дает меньше информации и намного медленнее реагирует на проблему.

Единственным недостатком амперметра является то, что он подключен последовательно с батареей и генератором. Требуется более тяжелый кабель, и если в цепи амперметра возникает неисправность, существует большая опасность повреждения генератор ,

Тестирование батареи с помощью вольтметра

Снимите высоковольтный провод с катушки, чтобы двигатель перевернулся, но не запустился.

Вы должны положить большую нагрузку на батарею, чтобы проверить ее емкость. Некоторые гаражи используют тяжелые разряд тестер; аналогичный тест, хотя и менее убедительный, может быть выполнен с помощью стандартного вольтметра.

Снимите провод высокого напряжения с катушка так что двигатель крутится но не заводится. Подключите вольтметр к клеммам аккумулятора.

Измерьте напряжение в аккумуляторе, затем потери при работе стартера.

Обратите внимание на показания — которые должны быть 12 или 13 вольт или, возможно, больше, если аккумулятор только что разрядился.

, Как батареи запускают ваш автомобиль | Как работают батареи

Когда вы вставляете ключ в зажигание вашего автомобиля и поворачиваете выключатель или нажимаете кнопку в положение «ВКЛ», на аккумулятор автомобиля отправляется сигнал. При получении этого сигнала автомобильный аккумулятор преобразует химическую энергию в электрическую энергию. Эта электрическая мощность подается на стартер для запуска двигателя. Аккумулятор также обеспечивает питание для автомобильных фар и других аксессуаров.

Напряжение Аккумулятора

Напряжение относится к электрическому потенциалу, который держит ваша батарея.Стандартная автомобильная батарея в современных автомобилях — 12-вольтовая батарея. Каждая батарея имеет шесть ячеек, каждый на 2,1 вольт при полной зарядке. Автомобильный аккумулятор считается полностью заряженным при напряжении 12,6 В или выше.

Когда напряжение аккумулятора падает, даже небольшое, это сильно влияет на его производительность. Таблица слева показывает, сколько энергии остается в батарее при изменении показаний напряжения батареи.

Несмотря на то, что автомобильный аккумулятор заряжен не полностью, считается, что он равен 12.4 вольт или выше. Он считается разряженным при 12,39 В или менее.

Примечание. Предполагается, что полностью заряженный удельный вес 1,265 с поправкой на 80 ° F принят.

Химическая реакция

Электрическая энергия в батарее генерируется в результате химической реакции. В случае свинцово-кислотной батареи смесь серной кислоты и воды, известная как электролит, вступает в реакцию с активным материалом внутри батареи.

Напряжение аккумулятора во многом зависит от концентрации серной кислоты.Чтобы получить напряжение 12,6 В или выше, весовой процент серной кислоты должен составлять 35% или более.

Когда батарея разряжается, реакция между серной кислотой и активным веществом образует другое соединение, и концентрация серной кислоты снижается. Со временем это приводит к падению напряжения аккумулятора.

Мощность проворачивания

Двигатели автомобиля требуют запуска двигателя. Необходимая мощность зависит от многих факторов, таких как тип двигателя, размер двигателя и температура.Как правило, когда температура падает, для запуска двигателя требуется больше мощности. Усилители холодного пуска (CCA) — это показатель, который измеряет мощность пуска батареи. Он относится к числу ампер, которые 12-вольтная батарея может выдавать при 0 ° F в течение 30 секунд, сохраняя напряжение не менее 7,2 вольт. Например, 12-вольтовая батарея с номиналом 600 CCA означает, что при 0 ° F батарея будет выдавать 600 А в течение 30 секунд, не опускаясь ниже 7,2 Вольт.

,

Как работает аккумулятор — принцип работы АКБ простыми словами

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

Как работает аккумулятор (АКБ)

Понятие аккумулятор и его устройство

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

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

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

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

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

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

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

Устройство аккумулятора

Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде

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

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

Заряд и разряд аккумулятора

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

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

Общее устройство и маркировка аккумуляторных батарей

Работа аккумулятора при заряде

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

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

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

Способы соединения аккумуляторов (как работает аккумулятор)

Параллельное соединение (как работает аккумулятор)

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

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

Последовательное соединение (как работает аккумулятор)

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

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

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

Устройство кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

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

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

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

Компоновка АКБ

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

Компоновка кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

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

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

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

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

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

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

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

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Свинцовые пластины, используемые в старых аккумуляторах перестали устраивать потребителей. Таким образом, возникала необходимость по улучшению качества работы АКБ. Сначала добавили сурьму к свинцу, что позволило заметно продлить срок эксплуатации батареи. На следующем этапе – уменьшили процентное содержания сурьмы до оптимальной концентрации. Такой подход привел к созданию малообслуживаемых аккумуляторов, характерной чертой которых является более редкий процесс долива воды.

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

Виды АКБ

• Сурьмянистые батареи. Этот вид относится к классике из-за повышенного состава сурьмы, которая ускоряет процесс электролиза.
• АКБ со свинцом. В малосурьмянистых АКБ материалом для пластин служит свинец с небольшой примесью сурьмы. В них степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.
• Калициевые источники. При производстве кальциевых источников свинцовые пластины легированы до 0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды, как отрицательный, так и положительный.
• Гибридные источники энергии вытесняют кальциевые. При их производстве, две объединенные основные технологии имеют конструктивные отличия: одна, когда пластины формируются из сплава свинца и сурьмы, положительные электроды, а другая – когда пластины формируются из сплава свинца и кальция, отрицательные электроды.
• EFB является улучшенной жидкозаполненной батареей. Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, вследствие чего увеличивается их ёмкость. Каждая платина закрыта в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
• В гелевых аккумуляторах применяется гелеобразный электролит. Суть такой технологии в том, что она позволяет снизить текучесть электролита, который содержит агрессивную серную кислоту.
• В литиевых АКБ используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития в смеси эфиров угольной кислоты.
• AGM имеет отличительную особенность в электролите, где с помощью специальной технологии между пластинами вставляются стекловолоконные микропористые прокладки.
• Во всех щелочных батареях применяется растворенная в воде щёлочь.

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными и щелочными.

Щелочные растворы применяются в заправке аккумуляторных батарей. Щелочные аккумуляторные жидкости этот такие жидкости, которые проявляют большую активность по отношению к металлам и кислотам. При реакциях с кислотами образуются соль и вода. Растворы щелочей подвергаются гидролизу. Химические свойства позволяют использовать этот тип электропроводящей жидкости для накопления электрической энергии в аккумуляторе.

Кислотные смеси с дистиллированной водой применяются в основном в автомобильных аккумуляторах. Составы этого типа легко можно приобрести в специализированных магазинах либо, при желании, приготовить самостоятельно на дому. На заводе процесс изготовления таких смесей осуществляется в масштабном производстве по ГОСТу. В домашней обстановке его приготовление так же возможно при соблюдении обязательных пропорций и правил техники безопасности. Для этого нужно смешать кислоту с дистиллированной водой.

Как работает аккумулятор — АКБ

Как работает аккумулятор (АКБ)

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

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

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

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

Материалы АКБ

Пластины

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

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

Сепараторы

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

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

Литий-ионные аккумуляторы

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

Литий-ионные аккумуляторы

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

Электролит

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

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

Гелевые электролиты

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

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

Графен-полимерные аккумуляторы

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

Графен-полимерные аккумуляторы

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

Основные технические характеристики аккумуляторов

Технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Номинальная емкость элемента – способность накапливать и отдавать электроэнергию постоянного тока, определяет время автономной работы ИБП. Емкость электрического аккумулятора показывает время питания подключенной к нему нагрузки.

Важно! Полностью емкость не характеризует энергию аккумулятора, то есть энергию, которая может быть накоплена в полностью заряженном аккумуляторе. Чем больше напряжение аккумулятора, тем больше накопленная в нем энергия.

Емкость всегда указывается на корпусе АКБ, а также на упаковке. Именно по этому критерию, большинство пользователей выбирают нужную модель.

Пусковой ток

Это величину, характеризующая параметр тока, который протекает в стартере автомобиля в момент пуска силового узла. Пусковой или стартерный ток возникает в тот момент, когда в замке зажигания поворачивается ключ и начинает проворачиваться стартер. Единица измерения величины – Ампер. Тот же ток холодной прокрутки является показателем поведения аккумулятора в морозную погоду и сможет запускать двигатель при минусовых показателях. Определяется мощностью тока, которую батарея может выдать в течение первых 30 секунд при температуре -18°С. При высоких показателях пускового тока увеличиваются шансы завести машину при минусовой температуре.

Полярность

Порядок расположения на крышке аккумулятора присоединительных клемм, которые являются токовыводящими соединительными элементами, называется полярностью. Имеет два полюса – положительный и отрицательный и варианты расположения – прямое и обратное.

Прямая полярность – отечественная разработка. Дла ее определения нужно повернуть аккумулятор таким образом, чтобы этикетка была перед глазами. При расположении плюсовой клеммы слева, а минусовой справа, можно утверждать, что АКБ с прямой полярностью. На иномарках устанавливаются аккумуляторные батареи обратной полярности.

Прямая и обратная полярность АКБ

Устройство корпуса

У большинства аккумуляторов корпус состоит из ударопрочного полипропилена. Он характеризуется как легкий материал, не вступающий в химическую реакцию с агрессивным электролитом АКБ. Полипропилен имеет весьма хорошую стойкость к перепадам температур, возникающих под капотом автомобиля, где нагрев может достигать до +60 ̊С, а при морозах до -30°С. Корпус большинства АКБ состоит из ручки для переноса, пробок, индикатора заряда, клемм для подключения к электросети. Вес АКБ емкостью 55Ач около 16,5 кг. Известными типами аккумуляторов, обладающих спросом являются: американский, европейский, азиатский и российский типы корпусов.

Европейский тип корпуса характерен тем, что АКБ клеммы находятся в углублении, их верхний край не выступает над плоскостью крышки. В некоторых случаях клеммы дополнительно защищаются от внешнего воздействия специальными крышечками. Азиатский тип корпуса – это коробка, на которой клеммы расположились на верхней крышке. Верхний край клемм является самой высокой точкой аккумулятора.

Российский стандарт АКБ

Обозначение	Описание букв
А	АКБ имеет общую крышку для всего корпуса
З	Корпус батареи залит и она является полностью заряженной изначально
Э	Корпус-моноблок АКБ выполнен из эбонита
Т	Корпус-моноблок АБК выполнен из термопластика
М	В корпусе использованы сепараторы типа минпласта из ПВХ
П	В конструкции использованы полиэтиленовые сепараторы-конверты

Аккумулятор (АКБ) ALPHALINE 60 Ач

Тип крепления аккумулятора

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

Тип крепления на АКБ

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

Выступ для фиксации АКБ

Заключение

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

Как работает аккумулятор (АКБ)

Как работает чехол аккумулятор (инструкция)

Как это работает? 

Чехол зарядка имеет встроенный литий-полимерный аккумулятор внутри. Поместите телефон в чехол, чтобы коннектор соединился с разъемом в нижней части телефона. Далее включите переключатель (на задней или передней части чехла), чтобы начать зарядку Вашего телефона. На многих моделях чехлов имеются светодиодные индикаторы (от 1 до 4 лампочек) — они показывают уровень заряда… 25,50,75,100%

После того, как чехол разрядится, просто зарядите его полностью с помощью входящего в комплект микро USB кабеля. В некоторых моделях (с таким же разъемом как у телефона) — кабель в комплекте не поставляется, такой чехол заряжается зарядкой от телефона. Заряжать можно чехол от сети 220 Вольт или от компьютера через USB порт.

Почему  светодиоды мигают в то время как чехол заряжается:

После подключения к источнику питания, индикатор состояния начинает мигать, указывая уровень своего заряда. Не забудьте проверить индикатор состояния, прежде чем отключить от сети или компьютера. Когда все светодиоды горят, значит Ваш чехол-зарядка полностью заряжен.

Рекомендации по использованию чехла:

Если предположить, что телефон и чехол полностью заряжены, мы рекомендуем подождать, пока телефон не разрядится более чем на 80%.

Срок службы чехлов с аккумуляторами ?      

Чехол перезаряжается более 500 полных циклов. Полный цикл — это зарядка от 0% до 100%. Частичные циклы не считаются полными циклами. После 500 циклов, батарея может обеспечить менее 75% от первоначальной емкости. Это норма для любого продукта с литиево-полимерный аккумулятором.

Возможно ли синхронизировать телефон не вынимая из чехла ?   

Да. Вы можете синхронизировать свой гаджет по сети WiFi или с помощью USB кабеля

Разъемы под  динамик, микрофон, камеру или любые другие порты   

Чехлы сконструированы таким образом, чтобы у Вас был доступ ко всем кнопкам и разъемам телефона. В большинстве моделях, где динамик закрыт чехлом — звук перенаправлен из нижней части телефона на переднюю.       

Чехол ни при каких обстоятельствах не влияет на прием сигнала антенной телефона

 

Каталог чехлов с аккумуляторами

 

 

 

Как работает чехол- аккумулятор

 Такой полезный и, уже ставший просто незаменимым, аксессуар – чехол – зарядка для смартфона, обладает довольно простой конструкцией. Внутри его оснастили дополнительной батареей, мощность которой может быть разной в зависимости от модели и производителя.

Запуск подзарядки начинается простым нажатием кнопки включения после того, как чехол будет надет на смартфон. На задней части корпуса обычно размещены светодиоды, для контроля за состоянием уровня энергии внутри аккумулятора кейса. Для подпитки аксессуара используют кабель микро USB, либо зарядку от телефона, подключив гаджет к сети 220 Вт или к ПК через USB порт.

Светодиодные индикаторы при подзарядке постоянно мигают, показывая, что идет процесс пополнения запасов энергии в аккумуляторе. Обычно чехол имеет четыре индикатора, которые обозначают 25%, 50%, 75% и 100% уровень зарядки. Поэтому довольно просто контролировать состояние батареи, своевременно подключив устройство к источнику питания.

Как правильно использовать чехол-зарядку?

Начинать процедуру подзарядки лучше после того, как смартфон не потеряет энергии больше чем на 80%, при этом телефон и чехол должны иметь полностью заряженные батареи.

Как долго будет работать чехол с аккумулятором?

Средний срок работы аксессуара рассчитан на более 500 полных циклов — от 0% до 100%. Но в эту цифру не учитываются частичные зарядки. При исчерпании лимита, батарея сможет давать только от 75% от первоначальной емкости. И это относится к приборам имеющим литиево-полимерные аккумуляторы.

Синхронизация смартфона в чехле

Сделать синхронизацию мобильного девайса, не снимая с него чехол можно. Для этого следует использовать кабель USB, либо произведя синхронизацию девайса по сети WiFi.

Остаются ли открытыми порты, разъемы под динамик, микрофон, камеру, если на смартфоне есть чехол?

Да, подступы ко всем стратегическим кнопкам и разъемам гаджета остаются открытыми. Хотя есть модели, где динамик перекрывается кейсом, тогда звук перенаправляется из нижней части на переднюю телефона. Кроме того, аксессуар не влияет на прием сигнала антенной смартфона. 

Как работает аккумулятор?

Энергия не может быть создана или уничтожена, но может быть сохранена в различных формах. Один из способов его хранения — использование в батарее химической энергии. При включении в цепь батарея может вырабатывать электричество.

Батареи преобразуют химическую энергию в электрическую

Аккумулятор имеет два конца — положительный полюс (катод) и отрицательный полюс (анод).Если соединить две клеммы проводом, образуется цепь. Электроны будут течь по проводу, и будет производиться электрический ток. Внутри батареи происходит реакция между химическими веществами. Но реакция происходит только при наличии потока электронов. Батареи можно хранить в течение длительного времени и при этом продолжать работать, потому что химический процесс не начинается до тех пор, пока электроны не потекут с отрицательной клеммы на положительную по цепи.

В батарее происходит химическая реакция

Простой пример — Лимонная батарея

Начнем с очень простой батареи, в которой используется лимон, в который вставлены два разных металлических предмета, например гальванизированный гвоздь и медная монета или проволока.Медь служит положительным электродом или катодом, а оцинкованный (оцинкованный) гвоздь — отрицательным электродом или анодом, производящим электроны. Эти два объекта работают как электроды, вызывая электрохимическую реакцию, которая генерирует небольшую разность потенциалов.

Поскольку атомы меди (Cu) притягивают электроны больше, чем атомы цинка (Zn), если вы поместите кусок меди и кусок цинка в контакт друг с другом, электроны перейдут от цинка к меди. Когда электроны концентрируются на меди, они отталкиваются друг от друга и останавливают поток электронов от цинка к меди.С другой стороны, если вы поместите полоски цинка и меди в проводящий раствор и соедините их снаружи проводом, реакции между электродами и раствором позволят электронам непрерывно течь через провод.

ЛИМОННАЯ БАТАРЕЯ

Как работает лимонная батарейка? Лимонная батарея состоит из лимона и двух металлических электродов из разных металлов, таких как медный пенни или проволока и гальванизированный (оцинкованный) гвоздь. Энергия для батареи исходит не от лимона, а от химического превращения цинка (или другого металла). Цинк окисляется внутри лимона, обмениваясь некоторыми из его электронов, чтобы достичь более низкого энергетического состояния, и высвобождаемая энергия обеспечивает энергию. Лимон просто создает среду, в которой это может произойти, но они не расходуются в процессе. Если предположить, что используются цинковые и медные электроды (например, медная монета и оцинкованный гвоздь), то один лимон может генерировать приблизительно 0.9 Вольт. Слева последовательная цепь лимонов показывает, что вырабатывается напряжение 3,41 вольт. ПРИМЕЧАНИЕ. Можно использовать картофель, яблоки, квашеную капусту или любые другие фрукты или овощи, содержащие кислоту или другой электролит, но лимоны предпочтительнее из-за их более высокой кислотности. Например, в картофеле электролитом является фосфорная кислота, а в лимонах — лимонная кислота.

В лимонной батарее происходит как окисление (потеря электронов), так и восстановление (увеличение количества электронов).Эта батарея похожа на оригинальные «простые гальванические элементы», изобретенные Алессандро Вольта (см. Ниже). На аноде металлический цинк окисляется и попадает в кислый раствор в виде ионов Zn2 +:

Zn -> Zn2 + + 2 е-

На медном катоде ионы водорода (сольватированные протоны из кислого раствора в лимоне) восстанавливаются с образованием молекулярного водорода:

2H ++ 2e- -> h3

Что заставляет электроны двигаться?

Когда вы отпускаете мяч, который вы держите, он падает на землю, потому что гравитационное поле Земли тянет мяч вниз.Точно так же заряженным частицам, таким как электроны, необходимо проделать работу, чтобы переместить их из одной точки в другую. Количество работы на единицу заряда называется разностью электрических потенциалов между двумя точками. Единица измерения разности потенциалов называется вольт.

Разность потенциалов между катодом и анодом возникает в результате химической реакции. Внутри батареи электроны подталкиваются химической реакцией к положительному концу, создавая разность потенциалов.

Именно эта разность потенциалов движет электроны по проводу.

Разница потенциалов может быть положительной или отрицательной, подобной гравитационной энергии при движении вверх или вниз по холму. В батарее поток электронов идет вниз … электроны могут течь вверх, как в случае зарядного устройства.

Почему электроны просто не перемещаются от анода к катоду внутри батареи?

Электролит в батарее не дает одиночным электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи.Когда клеммы соединены проводящим проводом, электроны могут легко перетекать от анода к катоду.

В каком направлении движутся электроны в проводе?

Электроны заряжены отрицательно, поэтому они будут притягиваться к положительному концу батареи и отталкиваться отрицательным концом. Когда батарея подключена к устройству, которое позволяет электронам проходить через нее, они текут от отрицательного (анода) к положительному (катодному) выводу.

Кто изобрел электрохимический элемент (батарею)?

ПЕРВАЯ БАТАРЕЯ VOLTA

Аккумулятор Volta считается первым электрохимическим элементом. Он состоит из двух электродов: один из цинка, другой из меди. Электролит — серная кислота или смесь соли и воды. Электролит существует в форме 2H + и SO42-.Цинк, содержание которого в электрохимическом ряду выше, чем у меди и водорода, вступает в реакцию с отрицательно заряженным сульфатом SO42-. Положительно заряженные ионы водорода (протоны) захватывают электроны из меди, образуя пузырьки газообразного водорода h3. Это делает цинковый стержень отрицательным электродом, а медный стержень — положительным электродом. Теперь у нас есть две клеммы, и ток будет течь, если мы их соединим. Реакции в этой ячейке следующие: цинк Zn -> Zn2 + + 2e- серная кислота 2H + + 2e- -> h3 Медь не вступает в реакцию, действуя как электрод для химической реакции.

Как работает современный аккумулятор (угольно-цинковый)?

Сухой цинк-угольный элемент или батарея упакованы в цинковую емкость, которая служит одновременно контейнером и отрицательной клеммой (анодом). Положительный вывод представляет собой углеродный стержень, окруженный смесью диоксида марганца и углеродного порошка. Используемый электролит представляет собой пасту из хлорида цинка и хлорида аммония, растворенных в воде.Углеродный (графитовый) стержень — это то, что собирает электроны, выходящие из анодной части батареи, чтобы вернуться к катодной части батареи. Углерод — единственный практичный проводящий материал, потому что любой обычный металл быстро разъедает положительный электрод в солевом электролите. Цинк окисляется в соответствии со следующим полууравнением. Zn (s) -> Zn2 + (водн.) + 2 e- [e ° = -1,04 вольт] Диоксид марганца смешивают с углеродным порошком для увеличения электропроводности.Реакция выглядит следующим образом: 2MnO2 (s) + 2 e- + 2Nh5Cl (водн.) -> Mn2O3 (s) + 2Nh4 (вод. v] и CL сочетается с Zn2 +. В этой полуреакции марганец восстанавливается со степени окисления (+4) до (+3). Возможны и другие побочные реакции, но общую реакцию в углеродно-цинковом элементе можно представить как: Zn (тв) + 2MnO2 (тв) + 2Nh5Cl (водный раствор) —> Mn2O3 (тв) + Zn (Nh4) 2Cl2 (водный раствор) + h3O (l) Батарея имеет эл.м.ф. около 1,5 В.

Какие бывают типы батарей?

В разных типах батарей используются различные химические вещества и химические реакции. Вот некоторые из наиболее распространенных типов батарей:

Щелочная батарея

Используется в Duracell® и Energizer® и других щелочных батареях.Электроды из цинка и оксида марганца. Электролит представляет собой щелочную пасту.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Они используются в автомобилях. Электроды изготовлены из свинца и оксида свинца с сильной кислотой в качестве электролита.

Литиевая батарея	Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки.Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литиевая батарея	Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки. Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литий-ионный аккумулятор	Эти батареи используются в портативных компьютерах, сотовых телефонах и другом портативном оборудовании с высокой нагрузкой.
Никель-кадмиевый или никель-кадмиевый аккумулятор	Электроды из гидроксида никеля и кадмия. Электролит — гидроксид калия.
Угольно-цинковая батарея или стандартная угольная батарея —	Цинк и углерод используются во всех обычных или стандартных сухих батареях AA, C и D. Электроды изготовлены из цинка и углерода, между которыми находится паста из кислотных материалов, служащая электролитом.

---

ССЫЛКИ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Potato Power: Руководство для учителя
История батареи
Электрохимические реакции
Углеродно-цинковая батарея
Углеродно-цинковая батарея — Как они работают?
Как работают батареи Анимированное руководство по науке об аккумуляторах

---

Оценка Вопросы:

M последний Вопросы на выбор

Как работают батареи? — Химия для детей

Вы используете их для питания ряда бытовых приборов.Вы также найдете их во многих своих гаджетах с дистанционным управлением. Посмотрите это видео, чтобы узнать об этой батарее, которая питает ваш автомобиль с дистанционным управлением, пульт от телевизора или даже вашу PSP. Посмотрите, что входит в его создание и как все объединяется, чтобы дать вам эту силу.

Можете ли вы представить себе мир, в котором должны быть включены все электроприборы?

Фонари, мобильные телефоны и игрушки будут подключены к розеткам, что сделает их неуклюжими и неудобными.

Батареи

представляют собой портативные удобные источники энергии для питания устройств без проводов и кабелей.

Так как же работают батарейки?

Сухие элементы — это распространенный тип батарей, используемых сегодня. Он в основном преобразует накопленную химическую энергию в электрическую.

В самых общих чертах аккумуляторная ячейка состоит из трех компонентов:
— анод (отрицательный заряд),
— катод (положительный заряд),
— и электролит

.

В сухом элементе цинк является анодом (-), графитовая сердцевина — катодом (+), а паста хлорида аммония действует как электрод.

Из-за химической реакции внутри батареи на аноде накапливается избыток электронов. Это вызывает электрическую разницу между анодом и катодом. Электроны хотят перестроиться и вытеснить лишние электроны на катоде. Однако электролит гарантирует, что электроны не могут попасть прямо на катод.

Когда цепь замкнута (с помощью «проводящего пути» между анодом и катодом), электроны могут перемещаться к катоду.Это, в свою очередь, обеспечивает питание любого устройства, размещенного по пути.

Так работают батарейки.

Со временем этот электрохимический процесс изменяет химический состав анода и катода, и в конечном итоге они перестают выделять электроны.

И вот так «умирает» аккумулятор.

Батареи предоставляют нам мобильный источник энергии, который делает возможными современные удобства.

Посетите «Химия для детей», чтобы увидеть больше таких интересных видео и интерактивных статей по химии.

Как работает аккумулятор — инженерное мышление

Батареи

, мы используем их каждый день во всем мире, но как они работают? Это то, о чем мы расскажем в этой статье, спонсируемой Squarespace. Зайдите на squarespace.com, чтобы начать бесплатную пробную версию, или воспользуйтесь набором идей разработки кода, чтобы сэкономить 10% на веб-сайтах и ​​доменах.

Батареи

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть видео на YouTube.

Что такое батарея?

Батарея — это устройство, используемое для хранения энергии, когда она нам нужна.Мы используем их для питания небольших электрических устройств, таких как фонарики. Энергия сохраняется в виде химической энергии, и она может быть преобразована в электрическую, когда нам это нужно. Мы увидим, как это работает, чуть позже в статье.

Схема батареи и лампы

Если мы посмотрим на простую схему батареи и лампы. Чтобы осветить лампу, нам нужно, чтобы через нее протекали электроны. Батарея будет обеспечивать толкающую силу, которая позволяет электронам проходить через лампу. Нам просто нужно подключить лампу к положительной и отрицательной клеммам батареи, чтобы замкнуть цепь.Батарея может толкать электроны только в течение определенного времени, это время зависит от того, сколько энергии хранится внутри батареи и сколько требуется нагрузке.

Примеры нагрузок

Когда мы говорим о нагрузке в электрической цепи, мы имеем в виду любые компоненты, для работы которых требуется электричество, это могут быть резисторы, светодиоды, двигатели постоянного тока или даже целые печатные платы. Некоторые батареи можно перезаряжать, и это будет четко указано на стороне, но типичная бытовая щелочная батарея не может заряжаться, поэтому ее просто утилизируют, когда в ней заканчивается энергия.Они могут быть переработаны, поэтому убедитесь, что вы утилизируете их ответственно.

Между прочим, если вы хотите узнать, как работает двигатель постоянного тока, мы уже подробно рассмотрели это ранее — посмотрите ЗДЕСЬ.

Что внутри батареи?

Типичная щелочная батарея на 1,5 В выглядит примерно так, но цвета зависят от производителя. Когда мы смотрим на батарею, у нас обычно есть пластиковая обертка, плотно прилегающая снаружи, она изолирует батарею, но также сообщает нам важную информацию, такую ​​как емкость и напряжение, а также то, какой конец является положительным и отрицательным.

Щелочная батарея

Положительный конец, известный как катод, будет иметь эту расширенную поверхность, которая выступает наружу.

Положительный конец

Отрицательный конец будет плоским, отрицательный конец известен как анод. Эти две клеммы электрически изолированы друг от друга.

Negative End

Под оберткой мы находим основной кожух, который обычно делается из стали с никелевым покрытием. Это удерживает все внутренние компоненты на месте и предотвращает их взаимодействие с элементами атмосферы, такими как воздух и вода.

Под Wrapper

Внутри корпуса у нас есть несколько слоев из разных материалов, эти материалы специально выбраны, потому что их химические реакции создают определенные уровни напряжения и тока. Первый слой — это катод, который представляет собой смесь оксида марганца (MnO2) и графита. Этот материал контактирует с металлом положительной клеммы. Графит добавлен для улучшения проводимости смеси и увеличения плотности энергии.

Первый слой

Затем мы находим слой пористого материала, обычно волокнистой бумаги, который образует барьер.Барьер предотвращает прямой контакт материалов анода и катода друг с другом, это помогает батарее работать дольше, когда она не используется. Если бы барьера не было, то произошло бы короткое замыкание аккумулятора. Микроскопические отверстия в материале позволяют ионным атомам проходить через него. Мы рассмотрим это более подробно позже в этой статье.

Barrier

Затем во время производственного процесса на сепаратор распыляется жидкий электролит, состоящий из гидроксида калия, который пропитывает его и впитывается в материал анода.Используемый электролит является щелочным, поэтому мы называем этот тип батареи щелочной батареей.

Распыленный жидкий электролит

С другой стороны барьера у нас есть анод, который представляет собой пасту из цинкового порошка (Zn), а также гелеобразующего агента. Желирующий агент просто удерживает цинк во взвешенном состоянии, чтобы он не скапливался в одном месте. Цинк находится в форме порошка для увеличения площади поверхности материала, что снижает внутреннее сопротивление и, таким образом, улучшает перенос электронов.

Внутри батареи

Стальная капсула закрыта нейлоновой пластмассовой крышкой. Затем в цинк вставляется латунный штифт, поверх которого надевается стальной колпачок. Это дает нам отрицательную клемму. Обратите внимание, что положительная и отрицательная клеммы разделены пластиковой крышкой. Это гарантирует, что они электрически изолированы друг от друга, в противном случае электроны могут протекать через корпус, достигая положительной клеммы и замыкая аккумулятор.

Положительные и отрицательные, разделенные

Основы электроэнергетики

Нам нужно понять некоторые основы того, как работает электричество, прежде чем мы сможем понять батарею.

Во-первых, электричество — это поток электронов в цепи. Батареи могут создавать толкающую силу, которая перемещает электроны по цепи. Электроны хотят вернуться к своему источнику, и они немедленно выберут любой путь, который возможен для этого. Помещая такие предметы, как лампы, на пути электронов, мы можем заставить их выполнять работу за нас, например, освещать лампу.

Основы электричества

Батареи вырабатывают постоянное электричество или постоянный ток. Это означает, что электроны текут только в одном направлении от отрицательного к положительному.Осциллограф покажет постоянный ток в виде плоской линии в положительной области. Вы можете думать об электричестве постоянного тока как о реке, которая течет только в одном направлении.

Постоянный ток

В этих анимациях мы показываем поток электронов от отрицательного к положительному, но вы, возможно, привыкли видеть обычный ток от положительного к отрицательному. Электронный поток — это то, что на самом деле происходит, но обычный ток был исходной теорией, которая все еще широко используется и преподается по сей день. Просто помните о двух и о том, какой из них мы используем.

Переменный ток

Электроэнергия, которую вы получаете от розеток в вашем доме, обеспечивает электричество переменного или переменного тока, это отличается от электричества, вырабатываемого батареей. При переменном токе электроны непрерывно движутся вперед и назад, подобно морскому приливу, который течет между приливом и отливом. Осциллограф покажет переменный ток как волну, проходящую как через положительную, так и через отрицательную области, потому что он течет вперед, то есть положительно, и назад, то есть отрицательно.

Переменный ток

Если мы посмотрим на отрезок медной проволоки, внутри мы обнаружим атомы меди. В центре атома у нас есть протоны и нейтроны, протоны положительно заряжены, а нейтроны считаются нейтральными, поэтому у них нет заряда. Это электроны, вращающиеся по орбите, отрицательно заряженные.

Медная проволока

Некоторые из этих электронов могут свободно перемещаться к другим атомам. Они будут естественно перемещаться между другими атомами, но в случайных направлениях, что для нас бесполезно.Нам нужно, чтобы много электронов текло в одном направлении, и мы можем сделать это, обеспечив разность напряжений от источника питания, такого как батарея.

Когда мы говорим об атомах, вы часто слышите термин «ион». Ион — это просто атом, в котором неравное количество электронов или протонов. Атом имеет нейтральный заряд, когда у него одинаковое количество протонов и электронов, потому что протоны заряжены положительно, а электроны отрицательно заряжены, поэтому они уравновешиваются. Если в атоме электронов больше, чем протонов, то это отрицательный ион.Если в атоме протонов больше, чем электронов, это положительный ион.

Ion

Напряжение похоже на давление в резервуаре с водой. Чтобы узнать, какое у нас давление, мы должны сравнить давление внутри трубы с давлением снаружи, и для этого мы используем манометр. Что касается напряжения, мы используем вольтметр для измерения разницы в напряжении между двумя разными точками. Если мы измеряем разницу на батарее, мы получаем 1,5 В, но если мы измеряем тот же конец, мы получаем 0 В, потому что это тот же конец, поэтому разницы нет.

Напряжение как давление

Некоторые материалы позволяют электронам легко проходить сквозь них, они известны как проводники. Примеры тому — медь и большинство металлов. Другие материалы не пропускают электроны, они известны как изоляторы. Примерами этого являются резина и большинство пластмасс. Поэтому мы используем медные провода с резиновой изоляцией. Медь транспортирует электричество туда, где оно нам нужно, а резина защищает нас.

Смешивая определенные материалы, мы можем вызвать химические реакции.Это когда атомы одного материала взаимодействуют с атомами другого материала, и во время этого взаимодействия атомы будут связываться или распадаться, электроны также могут захватываться или высвобождаться атомами во время химической реакции.

Хорошо, теперь, когда у нас есть основы, давайте заглянем внутрь батареи и посмотрим, как она работает.

Как работает щелочная батарея?

Помните, мы коротко говорили об атомах. Что ж, все эти материалы внутри батареи состоят из множества разных атомов, плотно упакованных вместе.Они представлены цветными шарами, каждый из которых представляет другой материал и, следовательно, другой атом, для нашего очень упрощенного примера. Когда мы объединим все эти материалы вместе внутри капсулы, мы получим небольшую химическую реакцию, в которой атомы начнут взаимодействовать друг с другом.

Внутри батареи

Прежде всего, атом гидроксид-иона в электролите собирается соединиться с атомом цинка в анодной части. Эта химическая реакция, известная как окисление, приводит к образованию гидроксида цинка, так как цинк и гидроксид объединяются и высвобождают электроны.Эти электроны теперь могут свободно перемещаться и собираются на латунном стержне.

В то же время атом оксида марганца соединяется с молекулой воды из электролита, а также со свободным электроном в химической реакции, известной как восстановление. Во время химической реакции оксид марганца превращается в немного другую версию оксида марганца, этой версии больше не нужен атом гидроксид-иона, поэтому он выбрасывает его в электролит. Атом воды заменяется атомом, выброшенным из реакции окисления.Ион гидроксида теперь свободен и может проходить через сепаратор. Но пока этого не произойдет, потому что в анодной секции для него нет места.

Скопление электронов

Итак, как вы можете видеть, мы имеем скопление электронов на отрицательной клемме. Поскольку электроны заряжены отрицательно, и теперь у нас больше электронов на отрицательном выводе, чем на положительном, это означает, что у нас есть разница напряжений между двумя концами, и мы можем измерить эту разницу с помощью мультиметра.

Помните, что мы можем измерить только разницу в напряжении между двумя разными точками.Если мы измерим одну и ту же точку, мы получим ноль вольт, потому что нет разницы.

Электроны отталкиваются друг от друга и хотят перейти в область с меньшим количеством электронов. В положительной области меньше электронов, поэтому они будут пытаться добраться до этой клеммы. Сепаратор предотвращает их протекание внутрь батареи к положительной клемме.

Следовательно, электронам нужен другой путь. Если мы предоставим электронам внешний путь, такой как провод, электроны будут проходить через него, чтобы добраться до положительного вывода.Поместив такие предметы, как лампа, на пути электронов, электроны должны будут пройти через это, и поэтому мы заставим их выполнять работу за нас, например, освещать лампу.

Зажигание лампы

Пока у нас есть замкнутая цепь между выводами, химическая реакция будет продолжаться, и электроны будут течь от отрицательной клеммы. Если мы удалим провод или разорвем цепь, химическая реакция прекратится.

Итак, давайте вспомним происходящую химическую реакцию.Свободные электроны попадают в аккумулятор через положительный полюс. Он соединяется с оксидом марганца и молекулой воды на катоде, которая выделяет ион гидроксида в электролит.

Ион гидроксида проходит через сепаратор и соединяется с атомом цинка, образуя гидроксид цинка, при этом высвобождаются электроны и молекула воды. Электроны хотят попасть в область с меньшим количеством электронов, положительный вывод имеет меньше электронов, поэтому они будут проходить через провод, чтобы достичь этого, и поэтому химическая реакция повторяется снова и снова непрерывно.

Однако внутри батареи находится только определенное количество материала, поэтому со временем химическая реакция будет становиться все труднее и труднее, и в конечном итоге электроны перестанут течь. Батарея больше не будет использоваться, и ее необходимо утилизировать.

Соединение батарей вместе

Мы можем использовать батарею для питания некоторых компонентов, но обычно одной батареи недостаточно для питания наших устройств, для этого нам нужно объединить батареи.

Батареи можно подключить двумя способами.Последовательный или параллельный. Мы подробно рассмотрели эти типы схем ранее, посмотрите серию ЗДЕСЬ и параллельную ЗДЕСЬ.

Серия

Когда мы соединяем батареи последовательно, напряжения каждой батареи складываются. Таким образом, две батареи на 1,5 В дают нам 3 В, а 3 батареи дают нам 4,5 В и т. Д. Фактическое напряжение может немного отличаться в реальном мире. Напряжение увеличивается, потому что каждая батарея увеличивает количество электронов, попадающих в нее, поэтому мы получаем более высокое напряжение.

Параллельный

Если мы подключим батареи параллельно, то мы получим только 1,5 В независимо от того, сколько мы подключим. Это потому, что путь сливается в источнике питания, но разделяется на обратном, поэтому электроны не будут ускоряться. Однако этот тип конфигурации сможет обеспечить больший ток, а также будет иметь большую емкость, поэтому мы сможем питать что-то дольше. Например, если аккумулятор имеет емкость 1200 мАч, и мы поместили два параллельно, у нас будет емкость 2400 мАч, но напряжение равно 1.5В. Если мы подключим их последовательно, у нас будет емкость 1200 мАч, но напряжение 3 В.

Последовательный и параллельный

Емкость

Мы используем батареи для питания наших цепей. Но как долго батарея может питать нашу схему? Когда мы смотрим на упаковку или техническое описание аккумулятора, мы видим рядом с ним значение с буквами m.A.h. Это номинальное значение в миллиампер-часах.

Пример батареи

Например, у этого есть номинал 2500 мАч. Это означает, что теоретически он может обеспечить ток 2500 мА в час, 1250 мА в течение 2 часов или 20 мА в течение 125 часов.Однако в реальной жизни это, вероятно, не продержится так долго, потому что химическая реакция замедляется, поэтому внутреннее сопротивление батареи изменяется по мере ее разряда. На это влияет множество других факторов, например, возраст и температура.

Нет реального способа точно рассчитать продолжительность жизни, лучший способ — просто проверить ее. Однако мы можем оценить продолжительность жизни по следующей формуле:

Срок службы батареи = Емкость (мАч) / ток цепи (мА).

Мы создали бесплатный простой калькулятор на нашем веб-сайте, где вы можете оценить время работы аккумулятора, а также необходимую емкость. Убедитесь, что ЗДЕСЬ .

Так, например, в этой схеме мы вычисляем потребность в 19 мА, а емкость аккумулятора составляет 3000 мАч. Таким образом, 3000/19 дает нам 157,9 часа. Это действительно лучший сценарий, и на самом деле он почти наверняка не приведет к этому.

Срок службы батареи

Как измерить мультиметром

Чтобы измерить напряжение, мы просто выбираем функцию постоянного тока на нашем мультиметре, а затем подключаем красный провод к положительной клемме, а черный провод — к отрицательной.Это даст нам значение напряжения.

Рейтинг батареи

Вы можете видеть, что эта батарея рассчитана на 1,5 В, но когда мы ее протестируем, мы получим 1,593 В

Battery Dead

Когда батарея разряжена, мы получаем более низкое напряжение, это 1.07V, поэтому она полностью разряжена.

Тем не менее, иногда мы все равно можем получить напряжение около 1,5 В, даже если батарея разряжена.

Чтобы полностью протестировать аккумулятор, нам нужно протестировать его под нагрузкой, чтобы убедиться, что он по-прежнему полезен. Для этого нам понадобится резистор.

Тестовая батарея

Итак, мы берем резистор около 100 Ом, хотя он не обязательно должен быть точно таким же, но мы подключаем резистор между двумя нашими пробниками. В данном случае мы использовали зажимы типа «крокодил» для подключения резистора между датчиками, вот так.

Таким образом, ток будет протекать через резистор, и мы сможем измерить напряжение, когда это произойдет. Если аккумулятор все еще в порядке, то уровень напряжения упадет незначительно.

Пример батареи

Например, эта батарея имеет номинальное напряжение 1.5 В, без нагрузки — 1,593 В, с подключенным резистором — 1,547 В, так что это все еще хорошо.

Пример батареи

Эта батарея также рассчитана на 1,5 В, когда мы измеряем ее без нагрузки, она показывает точно 1,5 В, но когда мы подключаем резистор, он падает до 0,863 В, поэтому мы знаем, что он разрядился.

Battery Dead

Но теперь, когда вы все заряжены, загляните на squarespace.com , чтобы создать свое собственное присутствие в Интернете с множеством функций, позволяющих людям запускать, публиковать и продвигать свои собственные проекты.

Существуют мощные инструменты для ведения блога, позволяющие демонстрировать фотографии, видео и новости о ваших проектах.

Вы можете легко запланировать встречи на занятиях и занятия с членами команды и клиентами с помощью встроенного инструмента. И вы даже можете собирать платежи или пожертвования, чтобы поддержать свое дело.

Зайдите на squarespace.com, чтобы получить бесплатную пробную версию, а когда будете готовы к запуску, перейдите на squarespace.com/engineeringmindset , чтобы сэкономить 10% на первой покупке веб-сайта или домена.

---

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные аккумуляторы чрезвычайно популярны и универсальны. Эти аккумуляторные батареи, которые используются в сотовых телефонах, автомобилях, электроинструментах и ​​некоторых других типах электронных устройств, также оказывают влияние на оборудование для погрузочно-разгрузочных работ и наземного обслуживания аэропортов.

Технология, лежащая в основе литий-ионных аккумуляторов, делает их отличным выбором из-за их явных преимуществ и экологических преимуществ.

Но как именно работают литий-ионные аккумуляторы? И что делает их такими популярными во многих приложениях?

Вот что вам нужно знать о компонентах, из которых состоит литий-ионный аккумулятор, и о том, как они работают вместе для создания высокоэффективных и долговечных источников энергии.

Компоненты

Литий-ионные батареи

доступны во многих различных формах и размерах. Однако внутри они обычно выглядят одинаково.Чтобы понять, как работает литий-ионный аккумулятор, важно знать роль, которую играют отдельные части.

The Cell

Литий-ионный аккумулятор состоит из нескольких частей. Элемент, служащий рабочей лошадкой для батареи, является наиболее важным компонентом батареи.

Ячейка состоит из следующих материалов батареи:

• Электроды — это два конца батареи. Один — анод, другой — катод.
• Анод накапливает литий и обычно изготавливается из углерода.
• Катод также хранит литий и сделан из химического соединения, которое представляет собой оксид металла.
• Сепаратор блокирует поток отрицательных и положительных электронов внутри батареи, но позволяет ионам проходить через нее.
• Электролит , жидкость находится между двумя электродами. Он переносит положительно заряженные ионы лития от анода к катоду и наоборот, в зависимости от того, заряжается батарея или разряжается.

Аккумулятор

Батарейный блок, в котором находятся литий-ионные элементы, работает как компьютер. Он содержит следующее:

• Как минимум один датчик температуры для контроля температуры батареи.
• Преобразователь напряжения и схема регулятора , которая фокусируется на поддержании напряжения и тока на безопасных уровнях.
• Евро-разъем, позволяющий подавать питание и информацию из аккумуляторной батареи.
• Отвод элемента , который контролирует напряжения элементов в аккумуляторной батарее.
• Система мониторинга батареи , небольшой компьютер, который контролирует всю батарею и обеспечивает безопасность пользователя.

Движение в камере

Так как же ячейка обеспечивает питание оборудования?

Когда вы подключаете литий-ионную батарею к устройству или части оборудования, положительно заряженные ионы перемещаются от анода к катоду.В результате катод становится более положительно заряженным, чем анод. Это, в свою очередь, притягивает к катоду отрицательно заряженные электроны.

Сепаратор в ячейке включает электролиты, которые образуют катализатор. Это способствует перемещению ионов между ними. Движение ионов через раствор электролита — это то, что заставляет электроны перемещаться через устройство, в которое вставлен аккумулятор.

Литий-ионные батареи

перезаряжаемые. При перезарядке ионы лития проходят тот же процесс, но в противоположном направлении.Это восстанавливает аккумулятор для дополнительного использования.

Общая конструкция литий-ионной батареи обеспечивает множество преимуществ для пользователей оборудования:

• Время работы значительно увеличивается с их использованием по сравнению с батареями других типов.
• Возможности быстрой зарядки сокращают время простоя сменных рабочих и повышают производительность.
• Они имеют плоские кривые разряда и обеспечивают более высокую постоянную мощность. Это означает, что больше не будет раздражающей медлительности в работе оборудования при снижении уровня заряда аккумулятора.

Система управления батареями (BMS)

Система управления играет важную роль в обеспечении максимальной работы аккумуляторной батареи. Это также влияет на работу аккумулятора, предлагая несколько защит и функций.

Например:

• BMS поддерживает температуру элементов в идеальном рабочем диапазоне для предотвращения перегрева или замерзания.
• BMS контролирует ток и напряжение, чтобы поддерживать их на безопасном уровне.Дендриты начинают формироваться в ячейке, если напряжение падает слишком низко, что может привести к короткому замыканию ячейки, поэтому важно, чтобы литий-ионный аккумулятор имел систему, позволяющую контролировать это.
• В аккумуляторе нет встроенной «памяти», поэтому частичные разряды не повреждают аккумулятор. Литий-ионные батареи могут заряжаться и разряжаться в наиболее удобное для операторов время.
• Встроенные контроллеры предотвращают перезарядку, чтобы предотвратить образование, которое может привести к значительному повреждению литий-ионных аккумуляторов.
• Балансировка ячеек контролируется, поэтому выравнивающие заряды никогда не требуются. Поскольку литий-ионные батареи не нуждаются в уравнительном заряде, они не выделяют опасные газы.
• Система управления батареями также позволяет менеджерам отслеживать состояние батареи своего флота с помощью бортовых компьютеров, которые отправляют жизненно важные данные через облачные сервисы.

Литий-ионные батареи содержат несколько элементов передовых технологий, которые работают вместе, чтобы предоставить пользователям явные преимущества.

Вы можете узнать о том, почему литий-ионные батареи являются лучшим вариантом, чем свинцово-кислотные, в нашей статье Литий-ионные батареи для вилочных погрузчиков лучше, чем свинцово-кислотные?

BU-204: Как работают литиевые батареи?

Узнайте, почему литий-ионная аккумуляторная система является превосходной.

Пионерские работы по созданию литиевой батареи начались в 1912 году под руководством Г. Льюиса, но только в начале 1970-х годов первые неперезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными.Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за нестабильности металлического лития, используемого в качестве материала анода. (В металло-литиевой батарее в качестве анода используется литий; в литий-ионных батареях в качестве анода используется графит, а в качестве активных материалов в катоде используются активные материалы.)

Литий — самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает наибольшую удельную энергию на вес. Перезаряжаемые батареи с металлическим литием на аноде могут обеспечивать чрезвычайно высокую плотность энергии; однако в середине 1980-х было обнаружено, что при циклическом воздействии на аноде образуются нежелательные дендриты.Эти частицы роста проникают в сепаратор и вызывают короткое замыкание. Температура элемента быстро возрастет и приблизится к температуре плавления лития, что приведет к тепловому разгоне, также известному как «выброс пламени». Большое количество перезаряжаемых металлических литиевых батарей, отправленных в Японию, было отозвано в 1991 году после того, как батарея в мобильном телефоне выпустила горящие газы и причинила ожоги лицу человека.

Неустойчивость, присущая металлическому литию, особенно во время зарядки, сместила исследования в сторону неметаллических растворов с использованием ионов лития.В 1991 году Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор, и сегодня этот химический состав стал наиболее перспективным и быстрорастущим аккумулятором на рынке. Несмотря на меньшую удельную энергию, чем у металлического лития, ион лития безопасен при соблюдении ограничений по напряжению и току. (См. BU-304a: Проблемы безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов)

Благодарность за изобретение литий-кобальтоксидной батареи должна принадлежать Джону Б. Гуденафу (1922). Говорят, что во время разработок аспирант, нанятый Nippon Telephone & Telegraph (NTT), работал с Гуденафом в США.Вскоре после открытия студент вернулся в Японию, взяв с собой открытие. Затем, в 1991 году, Sony объявила о выдаче международного патента на катод из оксида лития и кобальта. Последовали годы судебных разбирательств, но Sony смогла сохранить патент, а Гуденаф ничего не получил за свои усилия. В знак признания вклада в разработку литий-ионных аккумуляторов Национальная инженерная академия США наградила Гуденафа и других участников Премией Чарльза Старка Дрейпера в 2014 году. В 2015 году Израиль наградил Гуденаф призом в 1 миллион долларов, который он передаст компании Texas Materials. Институт помощи в исследовании материалов.

Ключом к превосходной удельной энергии является высокое напряжение ячейки 3,60 В. Улучшения в активных материалах и электролитах могут еще больше повысить плотность энергии. Нагрузочные характеристики хорошие, а плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной энергии в желаемом и плоском спектре напряжения 3,70–2,80 В / элемент.

В 1994 году стоимость производства литий-ионного цилиндрического элемента 18650 составляла более 10 долларов США, а емкость составляла 1100 мАч. В 2001 году цена упала ниже 3 долларов, а емкость выросла до 1900 мАч.Сегодня элементы 18650 с высокой плотностью энергии обеспечивают более 3000 мАч, и затраты на них снижаются. Снижение затрат, повышенная удельная энергия и отсутствие токсичных материалов проложили путь к тому, чтобы литий-ионный аккумулятор стал универсальным аккумулятором для портативных устройств, тяжелой промышленности, электрических силовых агрегатов и спутников. 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 65 мм. (См. BU-301: Взгляд на старые и новые аккумуляторные блоки)

Литий-ионный аккумулятор — это аккумулятор, не требующий особого обслуживания, а это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химикатов.Батарея не имеет памяти и не требует упражнений (преднамеренной полной разрядки), чтобы поддерживать ее в хорошем состоянии. Саморазряд в два раза меньше, чем у систем на основе никеля, и это помогает приложениям для измерения уровня топлива. Номинальное напряжение ячеек 3,60 В может напрямую питать мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры, предлагая упрощения и снижение затрат по сравнению с многоячеечными конструкциями. Недостатки — необходимость в схемах защиты для предотвращения злоупотреблений, а также высокая цена.

Типы литий-ионных аккумуляторов Литий-ионный

использует катод (положительный электрод), анод (отрицательный электрод) и электролит в качестве проводника.(Анод разряжающейся батареи отрицательный, а катод положительный (см. BU-104b: Элементы для сборки батареи). Катод — оксид металла, а анод — пористый углерод. Во время разряда ионы проходят от анода к катоду через электролит и сепаратор; заряд меняет направление, и ионы текут от катода к аноду. Рисунок 1 иллюстрирует процесс.

Рис. 1: Ионный поток в литий-ионной батарее.
Когда элемент заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом (положительный электрод) и анодом (отрицательный электрод).При разряде анод подвергается окислению или потере электронов, а катод — уменьшению или увеличению количества электронов. Заряд переворачивает движение. Литий-ионные аккумуляторы

бывают разных видов, но все они имеют одну общую черту — лозунг «литий-ионный». Несмотря на то, что на первый взгляд они поразительно похожи, эти батареи различаются по характеристикам, а выбор активных материалов придает им уникальность. (См. BU-205: Типы литий-ионных аккумуляторов)

В оригинальной литий-ионной батарее Sony в качестве анода (угольного продукта) использовался кокс.С 1997 года большинство производителей литий-ионных аккумуляторов, включая Sony, перешли на графит, чтобы получить более пологую кривую разряда. Графит — это форма углерода, которая имеет долгосрочную циклическую стабильность и используется в графитных карандашах. Это наиболее распространенный углеродный материал, за которым следуют твердый и мягкий углерод. Углерод с нанотрубками еще не нашел коммерческого применения в литий-ионных батареях, поскольку они имеют тенденцию запутываться и снижать производительность. Будущий материал, который обещает улучшить характеристики литий-ионных аккумуляторов, — это графен.

На рис. 2 показана кривая разрядки по напряжению современного литий-ионного аккумулятора с графитовым анодом и раннего коксового варианта.

Рис. 2: Кривая напряжения разрядки литий-ионного аккумулятора.
Аккумулятор должен иметь пологую кривую напряжения в допустимом диапазоне разряда. Современный графитовый анод справляется с этим лучше, чем ранняя коксохимическая версия. Любезно предоставлено Cadex

Было опробовано несколько добавок, в том числе сплавы на основе кремния, для улучшения характеристик графитового анода. Для связывания с одним ионом лития требуется шесть атомов углерода (графита); один атом кремния может связываться с четырьмя ионами лития.Это означает, что кремниевый анод теоретически может хранить в 10 раз больше энергии, чем графит, но расширение анода во время зарядки является проблемой. Поэтому чистые силиконовые аноды непрактичны, и только 3-5 процентов кремния обычно добавляют в анод на основе кремния для достижения хорошего срока службы.

Использование наноструктурированного титаната лития в качестве анодной добавки показывает многообещающий срок службы, хорошую нагрузочную способность, отличные низкотемпературные характеристики и превосходную безопасность, но при этом низкая удельная энергия и высокая стоимость.

Эксперименты с материалом катода и анода позволяют производителям усилить внутренние качества, но одно улучшение может поставить под угрозу другое. Так называемый «Энергетический элемент» оптимизирует удельную энергию (емкость) для достижения длительного времени работы, но при более низкой удельной мощности; «Power Cell» предлагает исключительную удельную мощность, но при меньшей мощности. «Гибридная ячейка» — это компромисс, предлагающий и то, и другое. (Подробнее о BU-501: Основы разрядки)

Производители могут относительно легко получить высокую удельную энергию и низкую стоимость, добавляя никель вместо более дорогого кобальта, но это делает элемент менее стабильным.Хотя начинающая компания может сосредоточиться на высокой удельной энергии и низкой цене, чтобы получить быстрое признание на рынке, безопасность и долговечность не могут быть поставлены под угрозу. Авторитетные производители придают большое значение безопасности и долговечности. В таблице 3 приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют аналогичную конструкцию, состоящую из положительного электрода из оксида металла (катода), нанесенного на алюминиевый токосъемник, отрицательного электрода (анода) из углерода / графита, покрытого медным токосъемником, сепаратора. и электролит из литиевой соли в органическом растворителе.В таблице 3 приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.

Преимущества	Высокая удельная энергия и высокая нагрузочная способность с силовыми элементами Длительный цикл и увеличенный срок хранения; не требует обслуживания Высокая емкость, низкое внутреннее сопротивление, хорошая кулоновская эффективность Простой алгоритм зарядки и достаточно короткое время зарядки Низкий саморазряд (менее половины от NiCd и NiMH)
Ограничения	Требуется схема защиты для предотвращения теплового разгона при напряжении Разлагается при высокой температуре и при хранении при высоком напряжении Быстрая зарядка невозможна при отрицательных температурах (<0 ° C, <32 ° F) Требуются правила транспортировки при отгрузке большими партиями

Таблица 3: Преимущества и ограничения литий-ионных аккумуляторов

Батареи в портативном мире

Материал по Battery University основан на незаменимом новом 4-м издании « Batteries in a Portable World — A Handbook on Battery for Non-Engineers », которое доступно для заказа через Amazon.com.

Что такое внутреннее сопротивление? Как работает аккумулятор? »Science ABC

Внутреннее сопротивление можно определить как способность объекта препятствовать потоку электронов, проходящих через проводник. Резисторы сделаны из изоляторов, таких как углерод или пластмасса, материалов, которые препятствуют прохождению через них электронов. Эта способность заложена в их структуре.

Батарея аналогична двум ямкам электронов, которые соединены друг с другом, где объем электронов в одной яме больше, чем в другой.При подключении толчок естественным образом выталкивает лишние электроны из второй ямы в первую, пока их объемы не сравняются.

Однако по какой-то причине такая передача не обеспечивает абсолютной точности; не каждый электрон переходит на другую сторону. Похоже, что во время этого процесса теряется некоторая электрическая энергия. В случае реальных батарей эта потерянная энергия преобразуется в повышение температуры самой батареи.

Этот внутренний нагревательный элемент ведет себя как обычный резистор, который рассеивает мощность в виде тепла, когда через него проходит скачок тока.Мы называем этот элемент внутренним сопротивлением батареи . Чтобы понять, почему батареи не могут помочь, но сами вызывают разрушение, мы должны сначала понять, как батареи работают и распределяют энергию по цепи.

Как работает аккумулятор?

Аккумулятор имеет две клеммы, состоящие из разных металлов, и плавающий между ними электролит. Электролит — это химический раствор, который позволяет электронам проходить через него. Проще говоря, электролит проводит электричество.Электролит — это раствор, который бурно реагирует с металлами, разделяя их на составляющие ионы.

Один вывод представляет собой катод, предпочтительно из оксида металла, который содержит множество положительно заряженных объектов или ионов металлов с недостатком электронов. Другой вывод — это анод, металл, содержащий избыток отрицательно заряженных ионов, или ионы металла с избытком электронов.

Химическая реакция внутри электролита окисляет катод, заставляя его терять электроны, которые проходят через цепь и, следовательно, уменьшают анод, когда он наследует их.Этот аппарат формирует две наши ямы или потенциалы, соединенные средой, через которую проходят лишние электроны.

Система преобразует химическую энергию в электрическую до тех пор, пока не останутся реагенты для окислительно-восстановительной реакции. В этот момент батарея потухла. Однако мы можем добиться обратного с помощью внешних средств, например, преобразовать электрическую энергию из чужеродного источника в химическую.

Теперь аппарат пополняется новыми реагентами, и мы можем использовать эту пополненную химическую энергию, преобразовывая ее в электрическую.Аккумулятор сейчас заряжен .

Это объяснение того, как батарея идеально работает .

Внутреннее сопротивление

Сопротивление можно определить как способность объекта препятствовать потоку электронов, проходящих через проводник. Резисторы сделаны из изоляторов, таких как углерод или пластмасса, материалов, которые препятствуют прохождению через них электронов. Эта способность заложена в их структуре.

Проводники обладают кристаллической структурой, в которой несколько электронов прикреплены к определенным пустотам, в то время как многие свободные электроны роятся вокруг без колебаний.С другой стороны, изоляторы, такие как пластмассы, имеют кристаллическую структуру, которая прикрепляет свои электроны к местам, так что они полностью заняты. Нет электронов, которые могли бы свободно перемещаться и переносить ток.

Кристаллическая структура проводника, в которой несколько электронов свободно перемещаются. Справа: структура изолятора, в которой электроны склеены друг с другом.

Аналогичным образом батареи изготавливаются из материалов с ненулевым удельным сопротивлением. Внутреннее сопротивление компонента возникает из-за структурных недостатков или неровностей.На первый взгляд незаметные сопротивления всех компонентов складываются в общее сопротивление конечной ощутимой величины.

Нет кристаллической структуры идеальной. Даже металл имеет свойство обладать некоторым сопротивлением из-за различных факторов, таких как примеси или столкновение электронов в проводнике из-за случайного нагрева. Можно сделать вывод, что никакая настоящая батарея не является источником напряжения чистого .

Чтобы учесть это неизбежное препятствие, источник напряжения представлен последовательным напряжением ε с небольшим внутренним сопротивлением r .

Это напряжение официально известно как электродвижущая сила. Он обеспечивает силу, заставляющую электроны двигаться. Если мы подключим внешнее сопротивление R, нагрузку последовательно, чтобы замкнуть эту цепь, по закону Ома, мы находим:

Здесь В, — это падение напряжения на нагрузке R . Кроме того, из-за этого внутреннего сопротивления теперь уменьшается максимальный ток, который может потребляться от батареи.

Если значение I> I (0), , тогда значение V становится отрицательным, что означает отрицательное значение R.Это практически невозможно. Можно сделать вывод, что если эта цепь закорочена путем прямого соединения двух клемм проводом, максимальный ток, который будет потребляться, теперь ограничен I (0).

Можно найти значение этих количеств, вырезанных или напечатанных на батарее, чтобы пользователи могли предостеречь их от неправильного обращения с ними. Например, сухой элемент рассчитан на 1,5 В и 0,1 А. Конечно, такой короткозамкнутый сухой элемент не был бы опасен, но более мощный источник питания, рассчитанный, например, на 20 В и 200 А, потенциально опасен. .

Рассеивание мощности

Резистор рассеивает энергию в виде тепла. Мы можем наблюдать это и с внутренним сопротивлением. Можно показать, что небольшая часть мощности ε расходуется на внутреннее сопротивление r , а оставшаяся часть передается на нагрузку R .

Наличие внутреннего сопротивления говорит о том, что нет источников напряжения идеальных . То есть они не идеальны в том смысле, что батареи не являются полностью эффективными, когда они передают свою электрическую энергию во внешнюю цепь.Какой бы крошечной она ни была, она всегда будет рассеиваться и тратиться впустую в этом резисторе.

Статьи по теме

Статьи по теме

Здесь есть поразительное сходство с законами термодинамики, согласно которым никакая механическая машина не может преобразовывать и использовать всю входящую энергию для выполнения работы, не затрачивая на себя минимальное количество энергии. Эта энергия переводится как тепло — повышение собственной температуры машины.

Это один из самых фундаментальных законов Вселенной, независимо от того, применяется ли он к ревущему двигателю автомобиля или к лаконичной светодиодной лампе 5V.

Объяснитель: Чем отличаются батареи и конденсаторы

переменный ток (в электричестве) Переменный ток, часто сокращенно называемый переменным током, представляет собой поток электронов, который меняет направление на обратное с регулярными интервалами много раз в секунду. Большинство бытовых приборов работают от сети переменного тока. Но многие портативные устройства, такие как музыкальные плееры и фонарики, работают от постоянного тока (DC), обеспечиваемого батареями.

анод Отрицательный вывод батареи и положительно заряженный электрод в электролитической ячейке. Он притягивает отрицательно заряженные частицы. Анод является источником электронов для использования вне батареи при ее разряде.

атом Основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны. Ядро вращается вокруг облака отрицательно заряженных электронов.

аккумулятор Устройство, способное преобразовывать химическую энергию в электрическую.

конденсатор Электрический компонент, используемый для хранения энергии. В отличие от батарей, которые накапливают энергию химически, конденсаторы накапливают энергию физически в форме, очень похожей на статическое электричество.

углерод Химический элемент с атомным номером 6. Это физическая основа всей жизни на Земле.Углерод существует в свободном виде в виде графита и алмаза. Это важная часть угля, известняка и нефти, и она способна химически самосвязываться с образованием огромного количества химически, биологически и коммерчески важных молекул.

катод Положительный полюс батареи и отрицательно заряженный электрод в электролитической ячейке. Он притягивает положительно заряженные частицы. Во время разряда катод притягивает электроны извне батареи.

керамика Твердый, но хрупкий материал, полученный обжигом глины или другого неметаллического минерала при высокой температуре. Кирпичи, фарфор и другие виды фаянса — образцы керамики. Многие высококачественные керамические материалы используются в промышленности, где материалы должны выдерживать суровые условия.

химический Вещество, состоящее из двух или более атомов, которые объединяются (становятся связанными вместе) в фиксированной пропорции и структуре.Например, вода — это химическое вещество, состоящее из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Его химический символ — H ₂ O. Химический также может быть прилагательным, описывающим свойства материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

химическая реакция Процесс, который включает перестройку молекул или структуры вещества в противоположность изменению физической формы (например, от твердого тела к газу).

схема Сеть, передающая электрические сигналы.В организме нервные клетки создают цепи, которые передают электрические сигналы в мозг. В электронике провода обычно направляют эти сигналы для активации какой-либо механической, вычислительной или другой функции.

компонент Элемент, являющийся частью чего-то еще, например, элементы, которые находятся на электронной плате.

проводник (в физике и технике) Материал, через который может протекать электрический ток.

ток Жидкое тело — например, из воды или воздуха — которое движется в узнаваемом направлении.(в электричестве) Поток электричества или количество электричества, проходящее через некоторую точку за определенный период времени.

плотность Мера плотности объекта, определяемая делением массы на объем.

постоянный ток (в электричестве) Постоянный ток, часто называемый постоянным током, представляет собой односторонний поток электронов. Электроэнергия постоянного тока вырабатывается такими устройствами, как батареи, конденсаторы и солнечные элементы. Когда цепи требуется питание постоянного тока, определенные электронные устройства могут преобразовывать мощность переменного тока (AC) в постоянный ток.

электронная сигарета Устройство с батарейным питанием, которое диспергирует никотин и другие химические вещества в виде крошечных частиц в воздухе, которые пользователи могут вдыхать. Первоначально они были разработаны как более безопасная альтернатива сигаретам, которую пользователи могли использовать, пытаясь постепенно избавиться от никотиновой зависимости, содержащейся в табачных изделиях. Эти устройства нагревают ароматизированную жидкость до тех пор, пока она не испарится, образуя пары. Люди используют эти устройства, известные как вейперы.

электрический заряд Физическое свойство, отвечающее за электрическую силу; он может быть отрицательным или положительным.

электрический ток Поток электрического заряда, называемый электричеством, обычно возникает в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

электрическое поле Область вокруг заряженной частицы или объекта, внутри которой сила будет действовать на другие заряженные частицы или объекты.

электричество Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

электрический потенциал Обычно известный как напряжение, электрический потенциал является движущей силой для электрического тока (или потока электронов) в цепи. С научной точки зрения электрический потенциал — это мера потенциальной энергии на единицу заряда (например, электрона или протона), хранящуюся в электрическом поле.

электролит Неметаллическая жидкость или твердое тело, которое проводит ионы — электрически заряженные атомы или молекулы — для переноса электрических зарядов.(Определенные минералы в крови или других жидкостях организма могут служить ионами, перемещающимися для переноса заряда.) Электролиты также могут служить ионами, перемещающими положительные заряды внутри батареи.

электрон Отрицательно заряженная частица, обычно вращающаяся вокруг внешних областей атома; также носитель электричества в твердых телах.

плотность энергии Количество энергии, хранящейся в батарее, конденсаторе или другом запоминающем устройстве, деленное на его объем.

инженер Человек, который использует науку для решения проблем. Глагол «спроектировать» означает разработать устройство, материал или процесс, который решит какую-то проблему или неудовлетворенную потребность.

фактор То, что играет роль в определенном состоянии или событии; участник.

поле (в физике) Область в космосе, где действуют определенные физические эффекты, такие как магнетизм (созданный магнитным полем), гравитация (гравитационным полем), масса (поле Хиггса) или электричество (электрическое поле). поле).

частота Количество раз, когда заданное периодическое явление происходит в течение заданного интервала времени. (В физике) Число длин волн, возникающих за определенный промежуток времени.

графит Как и алмаз, графит — вещество, содержащееся в грифеле карандаша — представляет собой форму чистого углерода. В отличие от алмаза, графит очень мягкий. Основное различие между этими двумя формами углерода заключается в количестве и типе химических связей между атомами углерода в каждом веществе.

гибрид Организм, полученный путем скрещивания двух животных или растений разных видов или генетически различных популяций внутри одного вида. Такое потомство часто обладает генами, передаваемыми каждым родителем, что дает комбинацию признаков, неизвестных предыдущим поколениям. Этот термин также используется по отношению к любому объекту, который представляет собой смесь двух или более вещей.

изолятор Вещество или устройство, которое плохо проводит электричество.

ion Атом или молекула с электрическим зарядом из-за потери или усиления одного или нескольких электронов.

литий Мягкий серебристый металлический элемент. Это самый легкий из всех металлов и очень реактивный. Используется в батареях и керамике.

слюда Семейство минералов, многие из которых легко распадаются на мелкие блестящие хлопья.

минерал Кристаллообразующие вещества, такие как кварц, апатит или различные карбонаты, из которых состоит горная порода.Большинство пород содержат смешанные вместе несколько различных минералов. Минерал обычно является твердым и стабильным при комнатной температуре и имеет определенную формулу или рецепт (с атомами, встречающимися в определенных пропорциях) и определенную кристаллическую структуру (что означает, что его атомы организованы в определенные регулярные трехмерные структуры).

диапазон Полный объем или распространение чего-либо. Например, ареал растения или животного — это территория, на которой они существуют в природе.(в математике или для измерений) Степень, в которой возможны вариации значений. А также расстояние, на котором что-то может быть достигнуто или воспринято.

смартфон Сотовый (или мобильный) телефон, который может выполнять множество функций, включая поиск информации в Интернете.

суперконденсатор Конденсатор с двумя проводящими поверхностями или электродами (как и другие конденсаторы), на которых хранится заряд энергии.В отличие от обычных конденсаторов (но, как и батарей), два электрода разделяет электролит. В этом смысле суперконденсатор — это, по сути, гибрид батареи и конденсатора.

площадь поверхности Площадь поверхности некоторого материала. Как правило, более мелкие материалы и материалы с более шероховатой или более извилистой поверхностью имеют большую площадь внешней поверхности на единицу массы, чем более крупные предметы или предметы с более гладкой поверхностью. Это становится важным, когда на поверхности происходят химические, биологические или физические процессы.

терминал Конечная точка или последняя станция в некоторой системе, сети или процессе.