автомобильные и литий-ионные, устройство и принцип работы — сообщение

Современное производство, да и всю нашу жизнь невозможно представить без аккумуляторов и батареек. Они необходимы для работы автомобилей, сотовых телефонов, ноутбуков и даже детских игрушек. А при аварийных отключениях электроснабжения они обеспечивают бесперебойную работу различного оборудования. Сегодня в докладе мы познакомим вас с устройством и работой аккумуляторных батарей и литий-ионных аккумуляторов.

Общие сведения об аккумуляторных батареях

Аккумуляторы — устройства, которые являются химическими источниками тока. Они способны накапливать электрическую энергию и отдавать ее по мере необходимости.

Т.е. заряженный аккумулятор является источником электроэнергии. Для зарядки его следует подключить к постороннему источнику питания. При этом происходит процесс превращения электрической энергии источника тока в химическую энергию аккумулятора.

При подключении его к внешней цепи происходит его разрядка, в процессе которой его химическая энергия превращается в электрическую.

Автомобильный аккумулятор

Система электроснабжения автомобиля обязательно включает аккумуляторную батарею. Она предназначена для запуска двигателя, питания некоторых устройств (сигнализации, дворников, кондиционера и т.д.) Его значение столь велико, что часто его называют «сердцем автомобиля».

Как же устроен аккумулятор? Немного упростив детали, его конструкцию можно представить как систему решетчатых свинцовых пластин, находящихся в проводящей жидкости-электролите. Этот химический раствор состоит из 65% воды и 35% серной кислоты. Обычно в аккумуляторе 6 элементов, каждый из которых дает напряжение 2 V. Всего на клеммы аккумуляторной батареи поступает напряжение 12 V. При этом напряжении энергии аккумулятора достаточно для того, чтобы заработал стартер и завёлся двигатель.

В каждом элементе есть положительная и отрицательная пластина. Т. е. на одной — избыток электронов, а на другой их недостаток. Положительные пластины покрыты двуокисью свинца, а отрицательные губчатым свинцом. Когда аккумулятор подключают к потребителю, между покрытием пластин и электролитом начинаются химические реакции, порождающие электрический ток. Именно по электролиту происходит движение электронов от отрицательной пластины к положительной.

В результате этого процесса на пластинах выделяется сульфат свинца, а электролит при этом истощается. И аккумулятору нужно вновь зарядиться. Заряжающую функцию выполняет генератор переменного тока автомобиля. Когда автомобиль движется, работающий двигатель и приводит в действие генератор, подзаряжающий аккумулятор. Зарядка производится в процессе обратной химической реакции. Выходящие из генератора электроны, восстанавливают покрытие свинцовых пластин и плотность электролита. Аккумулятор вновь готов к работе. Если же аккумулятор не успевает полностью восстановить свой заряд от генератора, его подключат к специальному зарядному устройству.

Срок службы аккумулятора зависит от многих факторов: манеры езды водителя, насколько регулярно и правильно проводится его зарядка и обслуживание т. д.

Вообще стандартный ресурс работы аккумулятора 4 года. За этот период постепенно усиливается сульфатизация пластин, и они перестают принимать зарядный ток. Эта маленькая электростанция может и не подавать вида, что ей требуется замена. А просто в один прекрасный момент водитель не сможет завести двигатель.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Самый популярный вид аккумулятора, применяемый в электронной бытовой технике (сотовых телефонах, ноутбуках и т. д.) — это литий-ионный аккумулятор. Его популярность легко объяснима. Это устройство выгодно отличается от своих собратьев:

• более быстрой зарядкой;
• большей мощностью;
• меньшим весом;
• более долгим сроком службы;
• низким саморазрядом.

В подтверждение этих достоинств приведём такие цифры — число рабочих циклов у них достигает 1000, что в 2 раза больше чем у других подобных устройств; а напряжение на отдельном элементе достигает 3,6 В, тогда как у других видов аккумуляторов не превышает и 2В.

Важным его достоинством является «эффект памяти», позволяющий ставить устройство на подзарядку в любой момент, независимо от имеющегося уровня зарядки. Это особенно важно, если предстоит его непрерывная и длительная эксплуатация.

Устройство и принцип работы

Литий-ионные аккумуляторы могут иметь либо цилиндрическую, либо плоскую форму. Его электроды разделены слоем сепаратора и электролита. Для изготовления катода используют литий, анод выполняется из пористого углерода. Пропиленовый сепаратор разделят разноименно заряженные электроды. Носителями заряда являются ионы электролита. В процессе разряда их поток направлен от анода к катоду. При зарядке — от катода к аноду. Контакты от катодов и анодов подсоединены к наружным клеммам. Причём к алюминиевому корпусу устройства подключен положительный электрод. Для безопасной эксплуатации предусмотрена защита, предохраняющая устройство от перезаряда.

Срок их службы зависит от количества зарядов и разрядов. Если предполагается их длительное хранение без использования, лучше всего это сделать при половинном заряде аккумулятора

К недостаткам литий-ионных аккумуляторов можно отнести их относительно высокую стоимость.

Автор: Драчёва Светлана Семёновна

---

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

---

Устройство аккумулятора, размер и вес и емкость АКБ автомобиля, количество клемм какое может быть

Время на чтение: 2 мин

233

Аккумулятор – один из важнейших узлов современного автомобиля. Появившись в середине 19-ого века, он с тех пор претерпел множество модификаций, но основной принцип устройства и работы остался практически таким же, как и 150 лет назад.

Благодаря АКБ, транспортное средство заводится в любых условиях, поддерживает работу бортового компьютера, кондиционера и прочих требующих электрической энергии устройств. В этой статье мы рассмотрим, как устроен аккумулятор, чтобы, столкнувшись с выбором или обслуживанием, представлять себе принципиальные принципы работы.

Из чего состоит батарея?

Первое, что мы видим, изучая устройство АКБ, – это корпус, который обычно изготавливается из сверхпрочного полипропилена. Во-первых, этот материал не подвержен влиянию кислоты, которая входит в состав активной массы практически любого автомобильного источника питания.

Во-вторых, он хорошо переносит удары и вибрации, а они (вследствие технологических особенностей рассматриваемого прибора) ему противопоказаны. Корпус при помощи перегородок разбит на шесть секций, в каждой из которой находится банка с электролитом.

Электродами выступают свинцовые перфорированные пластины. В современных батареях их легируют кальцием, что в значительной степени улучшает их номинальные характеристики. Между ними устанавливаются так называемые сепараторы, чтобы при работе аккумулятора не происходило коротких замыканий.

Упомянутый выше электролит, в котором и находятся электроды, – это раствор дистиллированной воды и серной кислоты в пропорции 70% воды и 30% кислоты. Иногда активная масса находится не в жидком состоянии, а в гелеобразном или в виде пропитки, но это встречается только в дорогих устройствах.

С помощью клемм проводка автомобиля получает доступ к емкости аккумулятора, они бывают положительные и отрицательные. Иногда встречаются варианты с четырьмя клеммами, но обычно их две.

Устройство АКБ

Основной принцип работы аккумулятора построенна принципе подачи на его клеммы постоянного тока. Он накапливается в емкости, а потом отдается на различные устройства, которым это необходимо.

Емкости различных аккумуляторов могут отличаться. Как и было сказано выше, это во многом зависит от применяемых материалов и активной массы. Большинство современных АКБ не нуждаются в обслуживании, хотя и до сих пор встречаются батареи традиционного устройства, где нужно постоянно следить за уровнем электролита.

Большинство батарей различаются по размеру и весу и емкости. Емкость зависит от размера банок и плотности активной массы; также от этого зависит, насколько долго аккумулятор держит заряд.

Во время езды уровень заряда поддерживается электрогенератором, но, если на долго оставить автомобиль на стоянке, батарея может полностью разрядится. Желательно не допускать этого, поскольку, как бы ни была устроена АКБ, глубокая разрядка всегда вредит ей.

От материала примесей свинцовых перфорированных пластин также в значительной степени зависят качественные характеристики емкости. В современных моделях это кальций, который отлично себя зарекомендовал.

Покупая АКБ, достаточно знать об его устройстве то, что приведено в этой статье, а все остальное можно уточнить у продавца-консультанта.

Конструкционные батареи: автомобили будущего склеены

Технологии, лежащие в основе электромобилей, быстро развиваются, и одной из самых многообещающих инноваций является блок структурных батарей.

Конструкционные аккумуляторные блоки представляют собой многофункциональные материалы, которые служат как для хранения энергии, так и для строительства. В результате можно удалить лишние конструктивные элементы, сняв вес с других частей автомобиля. Говорят, что они предлагают «безмассовое хранение энергии», потому что их эффективный вес ниже, чем общий вес ячеек (учитывая части, которые они заменяют).

Структурные батареи меняют способ сборки электромобилей. Конструкционные клеи заменяют винты и сварные швы для «склеивания» компонентов вместе с помощью процесса, называемого клеевым соединением. Этот процесс требует дополнительной подготовки поверхности и создает новые проблемы для автопроизводителей и производителей аккумуляторов.

Традиционные и структурные аккумуляторные батареи 

Традиционные аккумуляторные батареи в основном используются для обеспечения электроэнергией, но они также помогают укрепить раму автомобиля. Структурные аккумуляторные блоки выполняют эту роль гораздо дальше и являются важной частью несущей конструкции.

Давайте рассмотрим два примера, чтобы лучше понять разницу.

Традиционные аккумуляторные батареи Tesla состоят из цилиндрических ячеек, заключенных в модули. Эти модули обеспечивают жесткую оболочку для аккумуляторных элементов, защищая их от нагрузки.

Но в структурных батареях Теслы цилиндрические элементы не заключены в модули. Вместо этого ячейки сначала соединяются друг с другом, затем они соединяются с верхним металлическим листом и нижним металлическим листом. Это создает прочную конструкцию, которая укрепляет кузов и шасси автомобиля, обеспечивая при этом жесткость на кручение и передачу сдвига.

Улучшения, внесенные структурными батареями, впечатляют:

Эти улучшения [для Tesla Model Y] приводят к снижению веса на 10%, увеличению запаса хода на 14%, значительному сокращению количества деталей и повышению общей структурной целостности автомобиля.

Выдержка из Tesla Model Y со структурной батареей, которая уже может быть в производстве, руководство пользователя. Советы

У GM другой подход. В своем Hummer EV они используют чехлы, защищенные модулями, а аккумуляторные блоки установлены в шасси.

Аккумуляторы Ultium установлены в шасси машины и помогают сделать его более жестким. Это, в свою очередь, улучшает плавность хода и управляемость, одновременно снижая вибрацию и жесткость.

Выдержка из следующего шага для электромобилей: разработка аккумуляторов для повышения прочности автомобиля, увеличения запаса хода

Это разные подходы к конструкционным батареям, но во всех случаях они выполняют дополнительную функцию в конструкции автомобиля. Они также имеют лучшую плотность энергии (ватт-часы на килограмм), чем традиционные батареи, что увеличивает запас хода батареи.

Какие компании производят структурные батареи?

Компании, производящие структурные аккумуляторы, включают автопроизводителей, таких как Tesla и GM, а также производителей аккумуляторов, таких как BYD и Contemporary Amperex Technology. Некоторые автопроизводители сотрудничают с производителями аккумуляторов для производства аккумуляторных батарей. Примеры включают Volvo и Northvolt, а также BMW и ONE (наша следующая энергия).​

Что такое клеевое соединение и почему оно важно?

Склеивание является важным процессом для конструкционных батарей. Он используется для соединения поверхностей вместе, создавая структуру, которая равномерно распределяет нагрузку, что обеспечивает большую прочность. Это делается с использованием конструкционных клеев, таких как эпоксидная смола, смешанная с отвердителем, клейкие ленты или двусторонние клейкие листы.

Клеи служат многим целям. Заменяя механические крепления, они уменьшают вес батареи и, следовательно, увеличивают ее радиус действия. Клеи также защищают аккумулятор от факторов окружающей среды, таких как вода, пыль, дорожная соль и автомобильные жидкости. Они также улучшают механические свойства батареи, обеспечивая защиту от ударов и вибраций. Наконец, они могут действовать как проводники тепла или изоляторы, помогая регулировать температуру батареи для повышения безопасности и долговечности.

Если вам интересно узнать больше о процессе склеивания, вы можете посмотреть следующее видео.

 

Для обеспечения успешного склеивания соединяемые поверхности необходимо очистить, удалив такие загрязнения, как пыль, оксиды, масла, аккумуляторные электролиты и покрытия. Это улучшает химические свойства, удерживающие поверхности вместе.

Для структурной батареи этап очистки представляет собой проблему, поскольку общая площадь поверхности, которую необходимо очистить и склеить, очень велика по сравнению с традиционными батареями. Это означает, что еще меньше места для ошибок или несоответствий в процессах очистки и склеивания, иначе аккумуляторы выйдут из строя.

Для этого производителям необходим надежный и точный процесс очистки. В этом может помочь промышленная лазерная очистка.

Лазерная технология для подготовки аккумуляторов к склеиванию

Лазерная технология предлагает два основных процесса подготовки аккумуляторов к склеиванию: лазерная очистка и лазерное текстурирование.

• Лазерная очистка удаляет загрязнения с поверхности, чтобы они не мешали процессу склеивания. В отличие от других технологий очистки, лазерная очистка не привносит в процесс загрязняющие вещества, такие как абразивы или химические вещества.
• Лазерное текстурирование улучшает текстуру и шероховатость поверхности, улучшая такие свойства, как смачиваемость, для лучшей адгезии во время сборки. Процесс может быть настроен для персонализированных рисунков поверхности и значений шероховатости.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как оба процесса выполняются одновременно.

 

Благодаря высокой точности и воспроизводимости лазерная технология хорошо подходит для подготовки структурных батарей к склеиванию. Он быстр, легко автоматизируется и требует минимального обслуживания, что делает его идеальным для высоких требований линий по производству аккумуляторов.

Если вы считаете, что лазерная технология может принести вам пользу, свяжитесь со специалистом по лазерам, чтобы обсудить ваше применение.

Заглавное фото: @shortword/Twitter

Спросите эксперта

 

Компоненты аккумулятора электромобиля

Аккумуляторы электромобилей называют «сердцем» электромобилей. Подобно жизненно важному органу человеческого тела, он распределяет электроэнергию по различным системам электромобиля. Он также имеет возможность накапливать энергию для вашей следующей поездки.

Аккумуляторы электромобиля так же сложны, как человеческое сердце. Вы не можете просто определить компоненты батареи электромобиля как физические части батареи. Возможно, еще большее значение имеют химические составы этих компонентов, реакции которых генерируют электрическую энергию.

В этой статье мы более подробно рассмотрим жизненно важные компоненты аккумуляторной батареи электромобиля.

Из чего сделаны аккумуляторы для электромобилей?

Из чего сделаны аккумуляторы для электромобилей? Когда вы говорите о компонентах аккумуляторной батареи электромобиля, речь идет как о химическом составе, так и о физических компонентах, из которых состоят элементы аккумуляторной батареи электромобиля. Эти элементы, в свою очередь, объединяются в модули, которые затем собираются в аккумуляторные блоки для электромобилей. Но давайте сосредоточимся на отдельных ячейках аккумуляторов для электромобилей, особенно на литий-ионных аккумуляторах для электромобилей, которые сегодня являются наиболее распространенными типами аккумуляторов.

Аккумулятор электромобиля состоит из четырех основных компонентов: положительного электрода, называемого катодом, отрицательного электрода, называемого анодом, микропроницаемого разделителя, который разделяет эти два электрода, и электролита (раствор соли лития, называемый гексафторфосфатом лития). Катод изготовлен из лития, марганца, никеля и кобальта. Анод обычно делается из графита, но, как и катод, он также содержит литий.

При разрядке аккумуляторов электромобиля во время движения электрическая энергия вырабатывается за счет потока ионов лития от катода к аноду. Обратное происходит во время зарядки аккумулятора, когда ионы лития перетекают от анода к катоду, так что электрическая энергия накапливается.

Как долго работает батарея электромобиля?

Как долго работает батарея электромобиля? Средний срок службы аккумуляторов электромобилей составляет от 10 до 20 лет, хотя срок службы аккумуляторов электромобилей можно увеличить за счет надлежащего ухода и использования как автомобиля, так и аккумулятора.

Ожидайте ухудшение состояния аккумулятора со временем и старением, хранением автомобиля при экстремальных температурах и частым использованием прямых зарядных устройств.

Как производятся аккумуляторы для электромобилей?

Производство аккумуляторов для электромобилей — сложный и интенсивный процесс, требующий сложной сборки, строгих испытаний и контроля качества. В первую очередь будут изготовлены отдельные элементы аккумуляторов электромобилей по упомянутой выше компоновке. Затем эти компоненты помещаются в металлический корпус. Испытания проводятся на каждой ячейке для обнаружения утечек электролита и просачивания внутренней влаги.

В зависимости от модели электромобиля эти аккумуляторы электромобиля объединены в другом корпусе и образуют модуля . Корпус модуля защищает ячейки от внешних вибраций и ударов. Наконец, эти модули собираются в аккумуляторные блоки, которые затем устанавливаются в электромобиль.

В качестве примера рассмотрим Nissan Leaf. Первая модель Nissan Leaf имеет четыре ячейки внутри модуля. 48 модулей составляют аккумуляторную батарею этого электромобиля. Это означает, что Nissan Leaf имеет 192 отдельных аккумуляторных элемента емкостью 24 кВтч.

Сколько стоит аккумулятор для электромобиля?

По данным EVBox.com , считается, что срок службы большинства батарей для электромобилей составляет 10-20 лет, после чего их необходимо заменить. Большое беспокойство у владельцев транспортных средств вызывает стоимость самой аккумуляторной батареи электромобиля, которая считается самой дорогой частью электромобиля. В прошлом аккумуляторы для электромобилей стоили в среднем 5000 долларов, а в некоторых моделях автомобилей аккумуляторы для электромобилей стоили до 15 000 долларов.

К счастью, за последнее десятилетие наблюдается резкое снижение стоимости аккумуляторов для электромобилей. В настоящее время средняя цена киловатт-часа (кВтч) — стандартная мера стоимости аккумуляторов электромобилей — снизилась с 1160 долларов за кВтч в 2010 году до 128 долларов за кВтч. Прогнозируется, что цена упадет еще больше и к 2031 году стабилизируется на уровне 90 долларов за кВтч.

Экологичны ли аккумуляторы для электромобилей?

Возникает вопрос, являются ли аккумуляторы для электромобилей устойчивыми или нет. Устойчивые аккумуляторы для электромобилей во многом зависят от их химического состава, особенно от ценных металлов, содержащихся в катоде. По данным Геологической службы США, мировые запасы лития в настоящее время составляют 21 миллион тонн.

Однако существует потенциальная нехватка никеля и кобальта, которые в основном добываются на рудниках Демократической Республики Конго. Есть также опасения по поводу токсичности кобальта и его пагубного воздействия на здоровье горняков, в том числе работающих детей.

Будущая технология аккумуляторов электромобилей надеется исключить никель и кобальт из катода. Один из предлагаемых методов заключается в использовании небольших количеств других металлов при сохранении кристаллической структуры оксида лития-кобальта катода.

Другим предлагаемым подходом является использование неупорядоченных богатых литием каменных солей, что обеспечивает легкий поток ионов между катодом и анодом, но требует более распространенного металла (марганца) для стабилизации реакции вместо никеля или кадмия.

Безопасны ли аккумуляторы для электромобилей?

Конструкция аккумуляторной батареи электромобиля — от компонентов аккумуляторной батареи электромобиля до самих аккумуляторных батарей — направлена ​​на обеспечение безопасности. Хотя батареи электромобилей относительно безопасны, были сообщения о возгорании батарей.

Аккумуляторы EV потенциально могут быть пожароопасными из-за использования электролитов, которые являются летучими и легко воспламеняются при воздействии высоких температур. По этой причине батареи электромобилей поставляются с активной системой охлаждения для предотвращения перегрева и возгорания.

Еще одним потенциальным источником возгорания является повреждение сепаратора. Если сепаратор сломается в результате аварии, это может вызвать физический контакт между катодом и анодом, что приведет к короткому замыканию. Катод быстро разряжается, что приводит к перегреву электролита и возгоранию.

Аккумуляторы для электромобилей направлены на разработку твердотельных аккумуляторов, в которых не используются легковоспламеняющиеся жидкие электролиты и которые могут выдерживать высокие температуры. Устранение кобальта также улучшает стабильность батареи, так что снижается вероятность возгорания.

И последнее, но не менее важное: производятся лезвийные аккумуляторы, катоды которых содержат литий-железо-фосфатные блоки. Эти аккумуляторы намного дешевле нынешних литий-ионных разновидностей и менее склонны к перегреву.

Компоненты аккумуляторной батареи электромобиля жизненно важны не только для правильного функционирования и распределения энергии в электромобиле. При правильно подобранных компонентах безопасность вождения может быть обеспечена. Однако в настоящее время исследователи изучают легкодоступных химических/металлических компонента , которые не будут воздействовать на окружающую среду и здоровье человека. Фактически, аккумуляторы электромобилей не следует выбрасывать в глобальный поток отходов, чтобы избежать неблагоприятного воздействия на экосистему и здоровье. Их можно либо повторно использовать для других целей с меньшим потреблением энергии, либо перерабатывается с помощью химических процессов.

О нас

Interplex — ведущий поставщик мультитехнологичных решений, которому доверяют ведущие компании во многих отраслях.