Принцип действия и устройство аккумуляторных батарей автомобиля

Принцип действия и устройство аккумуляторных батарей автомобиля

Аккумуляторная батарея предназначена для питания электрической энергией всех потребителей при неработающем двигателе и при работе его с малой частотой вращения коленчатого вала, а также для пуска двигателя стартером.

На автомобилях используют стартерные свинцово-кислот-ные аккумуляторные батареи. Такие батареи способны кратковременно отдавать ток большой величины, что необходимо при пуске двигателя стартером.

Аккумуляторная батарея состоит из трех, шести или двенадцати последовательно соединенных аккумуляторов напряжением 2В каждый. Аккумуляторные батареи выпускаются на 6, 12 и 24В. Простейший свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой пластмассовый сосуд, в который опущены две свинцовые пластины и залит электролит из химически чистой (аккумуляторной) серной кислоты и дистиллированной воды. Если через такой аккумулятор пропускать постоянный электрический ток, то в нем будет протекать химическая реакция с образованием на положительной пластине двуокиси свинца, а на отрицательной — чистого губчатого свинца (Рb). Плотность электролита по мере заряда аккумулятора будет повышаться за счет выделения серной кислоты и поглощения воды. Напряжение на клеммах аккумулятора также будет повышаться. Такой процесс называется зарядом аккумулятора. При включении заряженного аккумулятора во внешнюю цепь будет происходить обратная химическая реакция с отдачей электрической энергии на питание включенных потребителей. По мере разряда пластины аккумулятора будут покрываться сернокислым свинцом, плотность электролита и напряжение аккумулятора будут уменьшаться. Такой процесс называется разрядом аккумулятора. После разряда необходимо вновь зарядить аккумулятор от источника постоянного тока. Поскольку при заряде и разряде аккумулятора изменяется плотность электролита, то по плотности электролита определяют степень раз-ряженности (заряженности) аккумулятора.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Таким образом, действие аккумулятора основано на превращении электрической энергии в химическую при заряде и, наоборот, химической энергии в электрическую — при разряде.

Основными параметрами аккумулятора являются напряжение и емкость.

Напряжение на выводных штырях исправного и полностью заряженного аккумулятора около 2 В. Допускается в процессе эксплуатации разряжать аккумуляторы до 1,7 В.

Количество электричества в ампер-часах (А-ч), полученное от аккумулятора при его разряде до допустимого напряжения, называется емкостью, которую определяют как произведение силы разрядного тока в амперах на время разряда в часах. Емкость зависит от количества и размеров пластин аккумуляторов, силы разрядного тока, плотности и температуры электролита, а также степени заряженности, технического состояния и срока службы аккумулятора (батареи).

Номинальной емкостью аккумуляторной батареи называется наименьшее количество электричества в ампер-часах, которое должна отдать новая, полностью заряженная батарея при непрерывном разряде ее током, равным 0,05 номинальной емкости до напряжения 1,7 В при температуре электролита 25 °С. Номинальная емкость в основном зависит от размеров и количества пластин в аккумуляторе.

Каждый тип стартерной аккумуляторной батареи имеет свое условное обозначение, которое наносится на межэлементном соединении (перемычке) или на баке и означает:
— первое число (3, 6 или 12)—количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее;
— СТ или ТСТ — назначение батареи: стартерная или стартерная для тяжелых условий эксплуатации, соответственно;
— число после букв — номинальную емкость батареи, выраженную в ампер-часах.

Остальные буквы означают:
— Э, П, Т — материал бака, соответственно: эбонит, пластмасса асфальтопековая, термопластмасса;

— М, МС, Р, PC — материал сепаратора, соответственно: мипласт, мипласт со стекловолокном, мипор, мипор со стекловолокном.

Например, условное обозначение батареи 6СТ-90ЭМС указывает, что батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, стартерная, номинальная емкость батареи 90 А-ч, бак эбонитовый, а сепараторы двойные — мипласт со стекловолокном.

На автомобилях ГАЗ-66 и ГАЗ-53А устанавливается аккумуляторная батарея 6СТ-75ЭМС. Батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, размещенных в шестикамерном эбонитовом баке. Каждый аккумулятор включает в себя пять положительных и шесть отрицательных пластин. Положительные и отрицательные пластины представляют собой свинцовые решетки, заполненные активной массой, которая и участвует в химических реакциях при зарядах и разрядах аккумулятора. После сложной технологической обработки пластин активная масса положительных пластин превращается в двуокись свинца (РЬОг) (темно-коричневого цвета), а отрицательных — в губчатый свинец (Рb) (серого цвета).

Однородные пластины аккумулятора соединяются между собой с помощью бареток 5 и образуют полублоки положительных и отрицательных пластин. Чтобы предотвратить соприкосновение разноименных пластин, между ними установлены прокладки — сепараторы. Ребристая сторона сепаратора всегда обращена к положительной пластине. При такой установке сепараторов обеспечивается лучший доступ электролита в поры активной массы положительных пластин, что повышает работоспособность аккумулятора.

Рис. 1. Аккумуляторная батарея:
1 — отрицательная пластина; 2 — сепаратор: 3 — положительная пластина; 4 — предохранительный щиток; 5 —баретка: 6 — штырь: 7 — плюсовая клемма; 8 — бак аккумуляторной батареи; 9 — уплотнительная мастика: 10 — пробка; 11 — крышка аккумулятора; 12 — межэлементное соединение; 13 — вентиляционное отверстие; 14 — минусовая клемма

Для защиты кромок сепараторов и пластин от .механических повреждений при замере плотности и уровня электролита сверху положен предохранительный щиток из кислотостойкого материала.

Сверху каждый аккумулятор закрывается крышкой II с двумя отверстиями для полюсных штырей от положительных и отрицательных пластин. В крышках также выполнены резьбовые отверстия под пробку для залива электролита и штуцеры с вентиляционными отверстиями для автоматической установки уровня электролита. На некоторых батареях 6СТ-75ЭМС штуцера может и не быть. У них вентиляционное отверстие выполнено в пробке. Стыки между крышкой и баком залиты мастикой.

На дне бака выполнены ребра, на которые опираются полублоки пластин. В пространстве между ребрами скапливается осыпающаяся со временем активная масса (шлам), что на гарантийный срок исключает за.мыкание разноименных пластин.

Аккумуляторы соединяют между собой с помощью межэлементных соединений, которые привариваются к штырям полублоков. Крайние штыри аккумуляторной батареи выполняют роль плюсовой и минусовой клемм.

Камеры аккумуляторов изолированы друг от друга. Через резьбовые отверстия крышек в аккумуляторы заливается электролит.

Плотность электролита должна соответствовать климатическому району, в котором эксплуатируется батарея.

Минусовая клемма батареи соединена с массой автомобиля через выключатель батареи, а плюсовая — с бортовой сетью. Для уменьшения падения напряжения на проводах и их нагрева батарея подсоединена к сети проводами большого сечения.

На автомобилях ЗИЛ-131 и ЗИЛ-130 используется батарея 6СТ-ЭМС. По устройству она аналогична батарее 6СТ-75ЭМС, но имеет в каждом аккумуляторе по шесть положительных и семь отрицательных пластин, что увеличивает ее емкость.

На автомобиле ЗИЛ-131 к батарее могут придаваться гидростатические пробки, которые исключают попадание воды в аккумуляторы при преодолении глубокого брода.

На автомобиле «Урал-375Д» устанавливается батарея типа 6СТЭН-140М. Ее особенностью является наличие деревянного ящика, в котором размещаются шесть эбонитовых баков. Клеммы выведены на панель ящика и защищены съемной коробкой. Емкость батареи повышена за счет увеличения количества и площади пластин.

4. Назначение аккумуляторной батареи

Аккумуляторная батарея предназначена для питания основных потребителей на остановках, в аварийных режимах и при малых скоростях движения поезда.

Основные потребители цепи сигнализации, защиты и управления могут получать питание от аккумуляторной батареи не только на остановках но и при внезапном выходе из строя генератора во время движения, кроме того аккумуляторная батарея выполняет функцию защиты – она снимает величину коммутационных перенапряжений возникающих при отключении потребителей во время работы генератора. Эти перенапряжения могут оказать отрицательное воздействие на цепи питания потребителей, поэтому эксплуатация с отключенной батареей запрещается.

Аккумуляторная батарея расположена под вагоном в специальных ящиках, оборудованных вентиляционными решетками для удаления взрывоопасной смеси образующейся при зарядке аккумуляторов.

Аккумулятором называется химический источник тока, который способен накапливать и сохранять электроэнергию, полученную от вагонного генератора или из вне от зарядного устройства, а потом отдавать ее.

Аккумуляторные батареи бывают кислотные (свинцовые) а также щелочные (никель-железные и никель-кадмиевые).

Щелочные аккумуляторные батареи дешевле и обладают повышенной механической прочностью не выходят из строя в результате низких температур имеют повышенный срок службы и не требуют тщательного ухода. Основной недостаток – низкий КПД.

5. Щелочные аккумуляторы.

Назначение, устройство и принцип работы

В заряженных щелочных аккумуляторах активная масса положительных пластин состоит из гидрооксида никеля, а активная масса отрицательных пластин из губчатого железа. Электролит содержит 20% едкого калий. Для увеличения срока службы в электролит добавляют едкий литий.

Устройство щелочного никельного аккумулятора состоит из полублока. Полублок состоит из 10-ти положительных и 11-ти отрицательных соединенных шпильками или сваркой пластин. Сепараторами служат эбонитовые палочки. Металлический корпус электрически соединен с полублоком отрицательных пластин и установлен в резиновый изолирующий чехол. Полюсные выводы с резьбовыми наконечниками, служащими для крепления межаккумуляторных перемычек изолированы от крышки корпуса эбонитовыми шайбами и имеют уплотняющие сальники.

Электролит заливают через отверстие с клапаном для выхода газов. Между собой аккумуляторы сгруппированы и подвешены по 3 в 14-ти деревянных ящиках.

6. Уход за аккумуляторными батареями

в пути следования в зимний период

Осмотреть ящик на целостность. Ящик должен быть закрыт.

Вентиляционные решетки должны быть очищения от снега и грязи (деревянным предметом).

7. Для чего служит регулятор напряжения генератора (рнг)

РНГ служит для воздействия, на величину тока возбуждения поддерживая напряжение генератора неизменным.

Любой генератор имеет измерительное устройство контролирующее изменение напряжения от заданной величины и исполнительного устройство, которое, получив сигнал от измерительного устройства воздействует на величину тока возбуждения и приводит напряжение генератора к норме.

Что такое аккумулятор? | Национальная электросетевая группа

Технологии аккумуляторных батарей необходимы для ускорения замены ископаемого топлива возобновляемой энергией. Аккумуляторные аккумуляторы будут играть все более важную роль между поставками «зеленой» энергии и реагированием на спрос на электроэнергию.

Аккумуляторные батареи

или аккумуляторные системы накопления энергии (BESS) — это устройства, которые позволяют накапливать энергию из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая , а затем высвобождаться, когда потребителям больше всего нужна энергия.

Литий-ионные аккумуляторы, которые используются в мобильных телефонах и

электромобилях , в настоящее время являются доминирующей технологией хранения для крупных электростанций, помогая электрическим сетям обеспечивать надежное снабжение возобновляемой энергией. Мы начали внедрять эту технологию на более тяжелом оборудовании, работая с Viridi Parente — компанией, которая производит аккумуляторные системы хранения для промышленных, коммерческих и жилых зданий.
 

Почему важно хранить аккумулятор и каковы его преимущества?

Аккумуляторная технология играет ключевую роль в обеспечении домов и предприятий энергией зеленой энергии , даже когда солнце не светит или стихает ветер.

Например, Великобритания имеет самую большую в мире установленную мощность морских ветровых установок , но способность улавливать эту энергию и целенаправленно использовать ее может повысить ценность этой чистой энергии; за счет увеличения производства и потенциального снижения затрат.

Каждый день инженеры National Grid и электросетей по всему миру должны увязывать предложение со спросом. Управление этими пиками и впадинами становится более сложной задачей, когда цель состоит в том, чтобы достичь нетто-ноль производство углерода за счет поэтапного отказа от электростанций, работающих на ископаемом топливе, которые традиционно использовались в качестве резерва для обеспечения надежного и стабильного энергоснабжения.

По оценкам правительства Великобритании, такие технологии, как системы хранения аккумуляторов, поддерживающие интеграцию более низкоуглеродных технологий в области энергетики, тепла и транспорта, могут сэкономить энергетической системе Великобритании до 40 миллиардов фунтов стерлингов (48 миллиардов долларов США) к 2050 году , что в конечном итоге сократит счета за энергию.

В США Кен-Ичи Хино, директор по энергетике, 9 лет0005 National Grid Renewables , говорит: «Хранилище обеспечивает дальнейшее производство возобновляемой энергии как с точки зрения эксплуатации, так и с точки зрения надежности. Это также ключевой элемент постоянного развития и перехода наших потребителей коммунальных услуг к возобновляемым источникам энергии. Мы видим значительные возможности для объединения накопления энергии с нашими солнечными проектами в будущем».

 

Как именно работает аккумуляторная система хранения?

Системы хранения энергии на батареях значительно более совершенны, чем батареи, которые вы держите в кухонном ящике или вставляете в детские игрушки. Система хранения аккумуляторов может заряжаться электричеством, полученным из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца.

Интеллектуальное программное обеспечение батареи использует алгоритмы для координации производства энергии, а компьютеризированные системы управления используются для принятия решения о том, когда сохранять энергию для обеспечения резервов или высвобождать ее в сеть. Энергия высвобождается из аккумуляторной системы во время пикового спроса, что снижает затраты и обеспечивает подачу электроэнергии.

Эта статья посвящена крупномасштабным аккумуляторным системам хранения, но бытовых систем хранения энергии работают по тем же принципам.
 

Какие системы хранения возобновляемой энергии разрабатываются?

Для хранения возобновляемой энергии требуются недорогие технологии с длительным сроком службы (зарядка и разрядка тысячи раз), безопасность и возможность эффективного хранения энергии, достаточной для удовлетворения спроса.

Литий-ионные аккумуляторы были разработаны британским ученым в 1970-х годах и впервые были использованы Sony в коммерческих целях в 1991 году для портативного видеомагнитофона компании. Хотя в настоящее время они являются наиболее экономически жизнеспособным решением для хранения энергии, в настоящее время разрабатывается ряд других технологий для хранения аккумуляторов. К ним относятся:

• Аккумулирование энергии сжатого воздуха : В этих системах, обычно расположенных в больших камерах, избыточная мощность используется для сжатия воздуха и последующего его хранения. Когда требуется энергия, сжатый воздух выпускается и проходит через воздушную турбину для выработки электроэнергии.

• Механическое накопление гравитационной энергии : Одним из примеров этого типа системы является использование энергии для подъема бетонных блоков на башню. Когда энергия необходима, бетонные блоки опускаются обратно вниз, вырабатывая электричество под действием силы тяжести.

• Проточные батареи : В этих батареях, которые по сути являются перезаряжаемыми топливными элементами, химическая энергия обеспечивается двумя химическими компонентами, растворенными в жидкостях, содержащихся в системе и разделенных мембраной.

Прескотт Хартсхорн, директор по распределенной энергии и возобновляемым источникам энергии в National Grid Ventures , говорит: «Следующее десятилетие будет важным для хранения энергии в целом и для аккумуляторов в частности. Это будет важное время испытаний для аккумуляторов и других технологий».
 

Объяснение дополнительной энергии

Что такое система управления батареями (BMS)? — Как это работает

• Как работают системы управления батареями?

• Типы систем управления батареями

• Важность систем управления батареями

• Преимущества систем управления батареями

• Системы управления батареями и Synopsys

Надзор, который обеспечивает BMS, обычно включает:

• Мониторинг батареи
• Обеспечение защиты аккумулятора
• Оценка рабочего состояния батареи
• Непрерывная оптимизация производительности батареи
• Отчет о рабочем состоянии на внешние устройства

Здесь термин «батарея» подразумевает всю упаковку; тем не менее, функции контроля и управления специально применяются к отдельным элементам или группам элементов, называемым модулями, в общей сборке аккумуляторной батареи. Литий-ионные перезаряжаемые элементы имеют самую высокую плотность энергии и являются стандартным выбором для батарей для многих потребительских товаров, от ноутбуков до электромобилей. Несмотря на то, что они превосходно работают, они могут быть довольно неумолимыми, если работают за пределами, как правило, узкой безопасной рабочей зоны (SOA), с последствиями, варьирующимися от снижения производительности батареи до откровенно опасных последствий. BMS, безусловно, имеет сложное описание работы, а ее общая сложность и охват контроля могут охватывать многие дисциплины, такие как электрические, цифровые, контрольные, тепловые и гидравлические.

Как работают системы управления батареями?

Типы систем управления батареями

Важность систем управления батареями

Функциональная безопасность имеет первостепенное значение для BMS. Во время операций зарядки и разрядки очень важно не допустить, чтобы напряжение, ток и температура любой ячейки или модуля, находящихся под диспетчерским контролем, превышали определенные пределы SOA. Если ограничения превышаются в течение длительного времени, это может привести не только к повреждению потенциально дорогостоящего аккумуляторного блока, но и к опасным тепловым условиям разгона. Кроме того, для защиты литий-ионных элементов и функциональной безопасности также строго контролируются нижние пороговые значения напряжения. Если литий-ионная батарея останется в этом низковольтном состоянии, медные дендриты могут в конечном итоге вырасти на аноде, что может привести к увеличению скорости саморазряда и вызвать возможные проблемы с безопасностью. Высокая плотность энергии систем с литий-ионным питанием достигается ценой, которая оставляет мало места для ошибок при управлении батареями. Благодаря BMS и литий-ионным усовершенствованиям, это один из самых успешных и безопасных химических элементов аккумуляторов, доступных на сегодняшний день.

Производительность аккумуляторной батареи — следующая по важности характеристика BMS, и она включает управление электрическими и тепловыми параметрами. Чтобы электрически оптимизировать общую емкость батареи, все элементы в блоке должны быть сбалансированы, что означает, что SOC соседних элементов в сборке примерно эквивалентны. Это исключительно важно, поскольку позволяет не только реализовать оптимальную емкость батареи, но и помогает предотвратить общую деградацию и уменьшает потенциальные точки перегрева из-за перезарядки слабых элементов. Литий-ионные батареи следует избегать разряда ниже нижнего предела напряжения, так как это может привести к эффекту памяти и значительной потере емкости. Электрохимические процессы очень чувствительны к температуре, и аккумуляторы не являются исключением. Когда температура окружающей среды падает, емкость и доступная энергия батареи значительно снижаются. Следовательно, BMS может задействовать внешний встроенный нагреватель, который находится, скажем, в системе жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи электромобиля, или включать резидентные пластины нагревателя, которые установлены под модулями батареи, встроенной в вертолет или другое устройство. самолет. Кроме того, поскольку зарядка холодных литий-ионных элементов отрицательно сказывается на сроке службы батареи, важно сначала достаточно поднять температуру батареи. Большинство литий-ионных элементов нельзя быстро зарядить, если они ниже 5°C, и вообще не следует заряжать, если они ниже 0°C. Для оптимальной производительности при типичном рабочем использовании система управления температурным режимом BMS часто обеспечивает работу батареи в узком диапазоне рабочих температур Златовласки (например, 30–35 °C). Это гарантирует производительность, продлевает срок службы и способствует созданию здоровой и надежной аккумуляторной батареи.

Преимущества систем управления батареями

Вся система накопления энергии на батареях, которую часто называют BESS, может состоять из десятков, сотен или даже тысяч литий-ионных элементов, стратегически упакованных вместе, в зависимости от применения. Эти системы могут иметь номинальное напряжение менее 100 В, но могут достигать 800 В с током питания до 300 А и более. Любое неправильное обращение с высоковольтным блоком может привести к опасной для жизни катастрофе. Следовательно, поэтому BMS абсолютно необходимы для обеспечения безопасной работы. Преимущества BMS можно резюмировать следующим образом.

• Функциональная безопасность.  Несомненно, для крупногабаритных литий-ионных аккумуляторов это особенно разумно и важно. Но известно, что даже меньшие форматы, используемые, скажем, в ноутбуках, загораются и наносят огромный ущерб. Личная безопасность пользователей продуктов, включающих системы с литий-ионным питанием, оставляет мало места для ошибок при управлении батареями.
• Срок службы и надежность.  Управление защитой аккумуляторной батареи, электрической и тепловой, гарантирует, что все элементы используются в соответствии с заявленными требованиями SOA. Этот деликатный контроль обеспечивает защиту элементов от агрессивного использования и быстрых циклов зарядки и разрядки и неизбежно приводит к стабильной системе, которая потенциально обеспечит многолетнюю надежную работу.
• Производительность и диапазон.  Управление емкостью аккумуляторной батареи BMS, при котором балансировка между ячейками используется для выравнивания SOC соседних ячеек в сборке батареи, позволяет реализовать оптимальную емкость батареи. Без этой функции BMS для учета изменений саморазряда, циклов зарядки/разрядки, температурных эффектов и общего старения аккумуляторная батарея может в конечном итоге стать бесполезной.
• Диагностика, сбор данных и внешняя связь.  Задачи наблюдения включают в себя непрерывный мониторинг всех элементов батареи, при этом регистрация данных может использоваться сама по себе для диагностики, но часто предназначена для задачи вычисления для оценки SOC всех элементов в сборке. Эта информация используется для алгоритмов балансировки, но в совокупности может передаваться на внешние устройства и дисплеи для отображения доступной энергии резидента, оценки ожидаемого диапазона или диапазона/срока службы на основе текущего использования и предоставления информации о состоянии аккумуляторной батареи.