Принцип работы аккумулятора

Разность потенциалов, возникающая при погружении двух пластин в раствор с электролитом, составляет основной принцип работы аккумулятора. Для того, чтобы понять, как работает аккумуляторная батарея, необходимо знать ее устройство.

Содержание

Устройство аккумуляторной батареи

Аккумулятором называется отдельно взятая ячейка, которая в соединении с другими подобными ячейками образует аккумуляторную батарею. В стандартной 12-ти вольтовой батарее объединены шесть аккумуляторов, вырабатывающих напряжение 2 вольта каждый. Все они заключены в общий корпус, обеспечивающий целостность всей конструкции.

Жесткие требования к корпусу связаны с необходимостью устойчиво переносить колебания температур, агрессивные химические воздействия, а, также, вибрацию. Основным материалом корпуса является полипропилен. В состав корпуса входят две части: основная емкость с большой глубиной, которая закрывается крышкой, оснащенной отверстиями с пробками либо дренажной системой.

В каждой ячейке устанавливается пакет собранный из свинцовых пластин с чередующейся полярностью. На их решетчатую конструкцию наносится активная масса, являющаяся рабочим реагентом. Такие пластины в обязательном порядке применяются в автомобильных аккумуляторах.

Для предотвращения замыкания, между пластинами вставляются сепараторы, материалом для которых служит пористый пластик. После сборки пакет фиксируется с помощью специального бандажа для предотвращения деформации и смещения. К плюсовым и минусовым выводам тока на пластинах подключаются клеммы приема тока.

Принципы работы

Принцип работы аккумулятора основан на реакции между двуокисью свинца положительной пластины, губчатым свинцом отрицательной пластины и раствором серной кислоты с водой. Этот раствор представляет собой электролит, плотность которого составляет 1,28 г/см3. Происходит образование электрического тока, с одновременным образованием на отрицательной пластине сульфата свинца. Происходит выделение воды из электролита, со снижением его плотности.

При поступлении электрического тока из внешних источников, таких как генератор или зарядное устройство, электрохимический процесс начинает происходить в обратном направлении. На отрицательных электродах происходит восстановление чистого свинца, а на положительных – регенерируется диоксид свинца. Одновременно повышается плотность электролита.

Таким образом, принцип работы аккумулятора основан на методе двойной сульфатации, позволяющей полностью восстанавливать первоначальные свойства батареи. Срок службы аккумулятора напрямую зависит от качества используемых материалов.

Неисправности свинцовых аккумуляторов

Как проверить емкость и силу тока аккумулятора мультиметром

Как восстановить аккумулятор (автомобиля)

Рейтинг аккумуляторов для автомобиля: Какие аккумуляторы лучше

Аккумуляторы для солнечных батарей

Как проверить аккумулятор автомобиля мультиметром на работоспособность дома без приборов: как узнать заряд и ёмкость тестером, измерить напряжение и силу тока

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Принцип работы и устройство аккумулятора автомобиля

В автомобилях одним из главных источников электропитания является аккумуляторная батарея. От её характеристик зависит качественный запуск двигателя при любых условиях. Чтобы обеспечить для АКБ надёжную и длительную эксплуатацию, необходимо знать её устройство изнутри, а также разбираться в её работе.

Содержание

1. Назначение аккумулятора в автомобиле
2. Параметры АКБ
3. Устройство аккумулятора
4. Принцип работы

Назначение аккумулятора в автомобиле

Аккумулятор включён в цепь с бортовым компьютером и иными потребителями электроэнергии автомобиля. Подпитывается он от генератора во время работающего двигателя внутреннего сгорания. Инженеры обеспечили следующий функционал для батареи:

1. Простой и быстрый пуск двигателя внутреннего сгорания. Ток поступает на стартер, начинающий вращать коленвал.
2. Подаётся напряжение на потребителей. Если мотор заглушён, то вместо генератора напряжение отбирается от АКБ.
3. Обеспечивается помощь генератору, если нагрузка от потребителей в бортовой сети оказывается высокой, например, в вечернее время, когда включён лобовой свет, работают дворники, обогрев кресел, стёкла, запущен вентилятор печки и пр.

Не каждый генератор способен выдавать стабильные параметры по току, поэтому аккумуляторную батарею используют для сглаживания пиковых значений.

В основном батарея в легковом автомобиле, закреплённая хомутами, располагается радом с двигателем в подкапотном пространстве. Это позволяет минимизировать длину проводки между источником тока и потребителями. В грузовиках блок обязательно надёжно зафиксирован с рамой, чтобы содержащийся внутри кислотный раствор не смог выплеснуться наружу. С этим прибором необходимо соблюдать максимальную осторожность.

Параметры АКБ

Для среднестатистического легкового автомобиля с ДВС промышленность выпускает аккумуляторы с рабочим напряжением 12 В. Такого значения вполне хватает для питания сети в машине. Бортовая сеть большинства грузовиков рассчитана на 24 В. Иногда в ней используется пара обычных двенадцативольтовых источников питания, подсоединённых последовательно.

Для мототехники характерным является использование питания на 6 В. Это позволяет снизить габариты ИП и обеспечить оптимальность работы ненагруженной бортовой сети.

Важным значением для АКБ является её ёмкость. Этот параметр измеряется в ампер-часах и может варьироваться у разных моделей от 45 до 130 Ач. В большинстве легковых машин используются агрегаты на 55–65 Ач. Дизельные ДВС более «прожорливые» по энергии, поэтому в них при прочих равных условиях будет стоять батарея на 5–10 Ач мощней, чем в аналогичном авто на бензине.

Пусковой ток для автомобильных аккумуляторов может быть в пределах 300–1300 А.

Основные требования, которые предъявляются к автомобильным источникам питания, могут быть такими:

• наибольший пусковой ток;
• минимальный саморазряд;
• небольшие габариты;
• необслуживаемость (либо минимальное вмешательство).

Одним из конструкционных значений является полярность. Это расположение клемм на внешней стороне корпуса. Для азиатских, европейских и американских моделей встречается несколько вариантов установки контактов.

Устройство аккумулятора

Конструкция большинства источников постоянного тока в легковой машине оказывается идентичной. Чаще всего попадаются свинцово-кислотные батареи с жидким электролитом внутри. Устройство такой АКБ у автомобиля можно описать схематично.

Блок двенадцативольтового прибора состоит из шести независимых банок, соединённых последовательно. Они все заключены в единый пластиковый корпус, изолирующий внутреннее устройство вашего автомобильного кислотного аккумулятора от внешней среды. Прочный каркас является стойким к механическим повреждениям снаружи и длительно противостоит возможному воздействию раствора кислоты.

Так как устроен прибор внутри в виде комплекта банок, выдающих по 2 В, то его называют батареей. Для каждой банки есть комплект положительных и отрицательных электродов, чередующихся внутри и не касающихся друг друга. Они изготовлены из токопроводящей свинцовой решётки, обработанной снаружи активной смазкой.

Пластины не должны контактировать между собой, чтобы не образовалось короткое замыкание. Для надёжности производители отделяют их сепараторами.

Электроды изготовлены из свинцовых сплавов, в состав которых могут входить вещества, обеспечивающие качественную проводимость тока и повышающие длительность эксплуатации устройства.

Дополнительными химическими элементами в свинцовых пластинах, кроме металла, выступают сурьма или кальций. Легирующие добавки снижают саморазряд и расход воды в процессе работы. Чаще всего на прилавках можно найти такие аккумуляторы:

1. Малосурьмянистые. Они относятся к малообслуживаемым конструкциям. В составе электродов используется сурьма до 6%.
2. Кальциевые. В них корпус и крышка лишены пробок, так как это необслуживаемые конструкции, а в электродах используется также кальций.
3. Гибридные. Модели АКБ, в которых минусовой электрод изготовлен из сплава свинец + кальций, а плюсовой изготовлен из сплава свинец + сурьма.

Встроенная внутрь решётка может быть изготовлена по различным технологиям, например, просечкой или литьём. Крупные производители патентуют свою конструкцию, защищая её. Для улучшения прочности разработчики могут усиливать решётки направляющими либо опорными рамами. Внутри расположение бывает вертикальное или в шахматном порядке.

Подготовленная жидкость, располагающаяся между электродами, представляет собой водяной раствор серной кислоты с плотностью около 1,28 г/мл. Она называется электролитом. В более прогрессивных моделях используется не жидкость, а гелеобразная масса. Для сгущения применяется оксид кремния.

Принцип работы

Основные процессы, проходящие внутри, скрыты от глаз автомобилистов. Даже не все автовладельцы знают принцип работы у аккумулятора легкового автомобиля. Однако даже при наличии школьных знаний химии можно понять суть проходящих внутри манипуляций как все работает.

Во время зарядки на отрицательном электроде идёт простая химическая реакция, во время которой высвобождаются два электрода, и из иона кислотного остатка плюс атом свинца образуется сульфид свинца. На положительном электроде два высвободившихся электрона добавляются к оксиду свинца, ионам водорода и ионам кислотного остатка. В результате формируются вода и сульфид свинца. Принцип основной работы вашего автомобильного аккумулятора подразумевает, что при разрядке идут обратные процессы.

Накопление заряда может происходить как от генератора, так и от внешнего источника. Саморазряд происходит постепенно. Необходимо учитывать, что при понижении окружающей температуры химические процессы существенно замедляются. Электролит в разряженном состоянии на морозе может даже замёрзнуть, поэтому не стоит доводить АКБ зимой до глубокой разрядки.

Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Аккумулятор является важнейшей частью машины, поэтому поддержание аккумулятора в исправном состоянии будет залогом эффективного запуска двигателя, а также бесперебойной работы бортовой потребители электроэнергии. Для правильной эксплуатации аккумулятора необходимо ознакомиться с основными принципами работы этого устройства. В этой статье подробно объясняется, как работает автомобильный аккумулятор.

Содержание

• Из чего состоит батарея?
• Как устроена батарея
• Принцип работы батареи
• Особенности конструкции

Из чего состоит батарея?

Автомобильный аккумулятор собирается на заводе из множества элементов, поэтому для понимания принципа работы источника электрического тока необходимо знать назначение каждого компонента. Аккумулятор состоит из следующих частей.

Корпус. Современная батарея изготовлена ​​из ударопрочного полипропилена. Этот материал хорошо переносит не только повышенные механические нагрузки и вибрацию, но и устойчив к кислоте, которая в виде раствора заполняет внутреннюю полость аккумулятора. Кроме того, полипропилен устойчив к большим перепадам температур. Корпус аккумулятора разделен на 6 герметически разделенных секций, в которые в процессе изготовления аккумулятора устанавливаются свинцовые электроды и сепараторы.

Сепараторы Сепараторы устанавливаются между электродами и служат диэлектриком, надежно защищающим элементы аккумулятора от короткого замыкания. Эти элементы также изготовлены из кислотостойкого полимера, который не портится при воздействии агрессивных сред в течение всего срока службы аккумулятора.

Электроды В большинстве выпускаемых аккумуляторов используются свинцовые пластины с различными примесями, в ячейках которых находится масса, состоящая из порошка свинца и серной кислоты. Пластины современных аккумуляторов могут быть изготовлены из свинца, легированного кальцием, что позволяет значительно увеличить срок службы аккумуляторов.

Электролит. Электролит представляет собой раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Эта жидкость необходима для того, чтобы электрический ток свободно протекал от отрицательного электрода к положительному. В дорогих аккумуляторах вместо жидкого электролита его можно загерметизировать гелем.

Благодаря этим качествам гелевые аккумуляторы не требуют обслуживания.

Клеммы Все аккумуляторы имеют клеммы, они могут быть разных типов стандартные (европейские), ASIA (тонкие конусы для азиатских автомобилей) и винтовые (для американских автомобилей). Изредка можно встретить аккумуляторы с четырьмя клеммами на корпусе.

Дополнительный функционал:

• Для необслуживаемых аккумуляторов вместо штатных шести заглушек по бокам установлены 2 клапана сброса давления (в случае закипания электролита через них будет выходить газ).
• Некоторые аккумуляторы оснащены «глазком», с помощью которого можно легко определить степень заряда и уровень электролита.

Как устроен аккумулятор

Аккумулятор сконструирован таким образом, что в результате подачи постоянного тока на его клеммы происходит эффективное накопление электрической энергии. Автомобильный аккумулятор состоит из 6 изолированных друг от друга контейнеров, в которых находятся отрицательная и положительная пластины, разделенные сепараторами.

Каждая такая банка позволяет накапливать электрический ток напряжением до 2,1 В. Для получения стандартного напряжения бортовой сети автомобиля используется схема последовательного соединения таких электроэлементов. Важная особенность современных кислотных аккумуляторов является полная герметизация корпуса изделия. Несмотря на невозможность обслуживания данного типа накопителей электроэнергии, их функциональность и безопасность использования находятся на более высоком уровне по сравнению с изделиями с вилками.

Принцип работы батареи

Свинцовая автомобильная батарея представляет собой возобновляемую химическую батарею, в которой электричество вырабатывается в результате реакции между двуокисью свинца, губчатым свинцом и раствором серной кислоты.

При подаче постоянного тока на клеммы аккумулятора на отрицательных пластинах образуется чистый свинец, а на положительных — диоксид свинца. При подключении аккумулятора к различным устройствам и агрегатам, потребляющим электроэнергию, происходит обратный процесс, при котором на отрицательных электродах образуется сульфат свинца и из электролита выделяется чистая вода.

В зависимости от типа аккумулятора эта последовательность может повторяться тысячи раз, прежде чем произойдет сульфатация или разрушение пластин.

Конструктивные особенности

Батареи могут существенно различаться. Конструктивные особенности батареи включают:

1. Размер батареи
2. Состав пластин из металлического сплава.
3. Тип электролита.
4. Расположение электрических выводов на корпусе.

Емкость аккумулятора будет зависеть от размера пластин и количества электролита в каждой банке, поэтому изделия, устанавливаемые для работы дизельных установок грузовых автомобилей, могут в несколько раз превышать массу и объем аккумуляторов для легковых автомобилей.

Тип свинцового сплава определяет внутреннее электрическое сопротивление батареи и устойчивость элемента к агрессивным средам. Также на скорость испарения влаги будет влиять состав металла, поэтому для необслуживаемых моделей пластины изготавливаются из свинца, легированного кальцием.

Большое количество параметров аккумуляторов также зависит от типа электролита, используемого в аккумуляторных батареях. Жидкий раствор замерзает при низких температурах воздуха, а при кипячении приводит к испарению воды, поэтому замена его гелем позволяет значительно увеличить ресурс изделий. Гелевые аккумуляторы гораздо лучше переносят глубокий разряд, что позволяет использовать их не только в качестве пусковых устройств, но и для питания электростанций.

Аккумуляторы также могут отличаться расположением клемм на шасси. Этот параметр следует учитывать при подборе нового аккумулятора, иначе придется удлинять плюсовой провод автомобиля, подключенный к источнику питания.

Что такое земляная батарея и как она работает?

Фото Маркуса Списке на Unsplash

Среди последних инноваций в области экологически чистой энергии батарея Земли, пожалуй, самая доступная.

Он вырабатывает электричество из почвы и может быть построен кем угодно, используя простые электрические компоненты и инструменты. Нет необходимости в дорогих турбинах или сложных схемах, которые часто требуются в системах возобновляемой энергии. Вы можете построить свои самодельные заземляющие батареи, используя всего несколько медных шипов, оцинкованных гвоздей и медной проволоки.

Если это описание заставляет вас сомневаться в потенциале земной батареи, не сомневайтесь. Земные батареи могут производить до 5 вольт — этого достаточно для питания бытовой электроники, такой как радиоприемники, лампы и мобильные телефоны.

Это одна из самых мощных систем экологически чистой энергии для автономных сообществ и домов. В этой статье мы рассмотрим, что такое земляная батарея и как ее можно построить самостоятельно.

Что такое Земляная батарея?

Земляная батарея представляет собой тип батареи, активируемой водой, которая вырабатывает электрический ток с помощью электрохимических реакций в почве. Состоящая всего из четырех простых компонентов — медных катодов, цинковых анодов, медных проводов и влажного заземления — заземляющая батарея производит достаточно энергии для питания ламп и радиоприемников, находящихся вне сети.

Как и все батареи, он основан на обмене электронами от цинкового и медного электродов для производства электрического тока. Электроды погружены в богатый ионами раствор электролита, где электроны от цинка переходят к меди, генерируя электрический заряд, который мы используем для питания наших электрических устройств.

Но, в отличие от других батарей, в земляных батареях в качестве раствора электролита вместо кислот используется влажная почва или богатый бактериями компост. Органическое вещество при разложении высвобождает электроны, которые могут быть захвачены электродами. Электроны также высвобождаются, когда бактерии поедают органические вещества, например, в компостных кучах.

Это научное открытие может показаться недавним, но оно было сделано еще в 1840-х годах изобретателем по имени Александр Бейн. Бэйн искал дешевый, вездесущий источник энергии для питания телеграфных линий, когда выдвинул гипотезу о потенциальной электрической энергии земли.

Он поместил цинковые и медные пластины во влажную почву, чтобы проверить свою теорию, и обнаружил, что земля производит электрический заряд, который можно использовать. Хотя этого было недостаточно для питания телеграфных линий, открытие Бэйна стало той искрой, которая породила концепцию земной батареи.

Спустя почти двести лет популярность земных батарей возросла благодаря возросшему общественному спросу на автономные технологии и технологии экологически чистой энергии. Большинство людей строят свои собственные самодельные земляные батареи, как это делала компания Bain, хотя несколько стартапов, занимающихся возобновляемыми источниками энергии, пытались создать прототипы для коммерческого распространения.

Земные батареи могут производить заряд от 1 до 5 вольт, в зависимости от конструкции и типа используемого грунта. Недавние исследования показывают, что земные батареи могут работать как альтернативный или дополнительный источник энергии для энергии ветра и солнца.

Сколько стоит земная батарея?

Земные батареи могут стоить от 10 до более 500 долларов в зависимости от количества энергии, которую вы хотите получить от них.

При установке заземляющих батарей необходимо учитывать только стоимость материалов и оборудования. В отличие от других систем экологически чистой энергии, земные батареи очень легко установить самостоятельно без необходимости нанимать каких-либо специализированных рабочих.

Небольшую заземляющую батарею, например, можно сделать из лотка для кубиков льда, оцинкованных гвоздей и медной проволоки, что будет стоить вам не более 20 долларов. Земная батарея такого размера размером с вашу ладонь и может производить достаточно энергии, чтобы зажечь лампу или запустить часы.

Если вы живете в сельскохозяйственном районе, где легко найти проволочную сетку и навоз животных, вы даже сможете построить батарею заземления всего за 10 долларов.

Для этой земляной батареи требуется ведро с краской, катод из проволочной сетки, анод из графической ткани и грязь, смешанная с навозом, соленой водой и небольшим количеством песка. Он может обеспечить такое же количество заряда, как и аккумулятор для лотка для кубиков льда за 20 долларов.

Для людей, которые хотят построить достаточно большую батарею заземления, чтобы питать свет и небольшие электроприборы в своем доме, бюджета в размере около 500 долларов должно хватить. Это покроет стоимость нескольких медных шипов, оцинкованных гвоздей, дорогостоящих конденсаторов и рулонов медной проволоки.

Вы также можете подумать о приобретении высококачественного вольтметра и пары инструментов для зачистки проводов, чтобы проверить и собрать батарею заземления. Вольтметр стоит около 15 долларов, в то время как приличная пара инструментов для зачистки проводов должна стоить не более 10 долларов.

Все компоненты аккумуляторной батареи можно легко купить в хозяйственных магазинах. Это только почва, которую вам нужно собрать со своего заднего двора или купить в питомнике растений.

Насколько хорошо работают земные батареи?

Из различных конструкций земляных батарей (земляных батарей) наиболее эффективными являются традиционная почвенная земляная батарея и ее новый компостный аналог.

Они работают одинаково, производя электричество в результате обмена электронами, но имеют разные сильные и слабые стороны.

Батарея земли на почве может производить до 5 вольт на одну батарею, что более чем достаточно для питания небольшого электронного устройства с ЖК-экраном, такого как калькулятор, часы или шагомер.

Перенос ионов между медным и цинковым электродами зависит от влаги в почве. Когда почва подсыхает, обычно через 2-3 дня после увлажнения, аккумулятор перестает производить заряд. Повторное смачивание почвы помогает разжечь заряд.

Но как только сама почва истощит все ионы и свойства электролита, земная батарея разрядится. Это когда вам нужно заменить почву свежей партией.

С другой стороны, земляные батареи на основе компоста, часто называемые исследователями микробными топливными элементами (МТЭ), производят электрический ток, когда бактерии разлагают органические вещества в компосте и других типах отходов.

Исследователи обнаружили, что эти земные батареи производят от 0,5 до 1 вольта на одну батарею, что достаточно для питания микрокомпьютера, такого как Gameboy, карманного игрового устройства 19-го века. 90-е.

Бактерии помогают высвобождать электроны, пока у них есть пища для расщепления. Пополнение их запасов пищи может поддерживать работу батарей на основе компоста в течение месяцев или лет, пока бактерии питаются и продолжают размножаться.

Единственная проблема с микробными топливными элементами заключается в том, что электроны, испускаемые бактериальной активностью, плохо переносятся на электроды. В результате производимый электрический ток относительно невелик.

Могу ли я самостоятельно собрать земляную батарею?

Каждый может построить земную батарею самостоятельно.

В Интернете есть множество видеороликов и руководств, которые вы можете легко использовать для создания собственной конструкции земляной батареи.

Прежде чем строить земную батарею, вам необходимо подумать о количестве энергии, которое вы хотите получить от нее, и о количестве почвы, к которой вы можете получить доступ. Чтобы запитать несколько ламп в маленьком или среднем доме, вам понадобится большая площадь поверхности почвы, на которой можно собрать систему заземления.

С другой стороны, для небольшой земляной батареи для подзарядки телефонов потребуется всего лишь горсть почвы или компоста, наполненного бактериями.

Вам понадобится не более 30 минут, чтобы построить маленькую земную батарею. Строительство больших заземляющих батарей может занять несколько часов, так как вам нужно будет разметить расположение электродов, посадить их и подключить к медным проводам, а затем к вашему дому.

Как установить заземляющую батарею

Чтобы установить заземляющую батарею, сначала нужно решить, где вы хотите ее разместить.

Маленькие заземляющие батареи портативны и работают как в помещении, так и на улице. Их можно установить в нескольких футах от прибора, который будет полагаться на питание от аккумулятора.

Большие заземляющие батареи требуют большой площади почвы и поэтому могут устанавливаться только на открытом воздухе. Наиболее важными факторами, которые необходимо определить перед установкой большой заземляющей батареи, являются необходимое пространство и наличие источника воды рядом с выбранным вами местом.

Это связано с тем, что для хорошей работы наземных батарей требуется постоянно влажная почва. Сток из ирригационной системы или дренажного поля септика может помочь обеспечить необходимое количество воды.

После того, как вы определили место для своей земной батареи, вам нужно построить ее. Для больших систем заземляющих батарей может оказаться полезным установить их как линейные батареи с парами цинковых и медных шиповых электродов, установленных на расстоянии 5-6 футов друг от друга. Это создаст ряд «батарей», которые вытягивают ионы из земли. Лучше поэкспериментировать с тем, что лучше всего работает на вашем объекте.

После того, как вы подключите электроды к медному проводу, вы можете подключить аккумулятор к цепи системы освещения вашего дома.

Такой же процесс установки применим и к небольшим заземляющим батареям. Единственное отличие состоит в том, что вместо того, чтобы втыкать в землю серию электродов, для небольших одноэлементных заземляющих батарей обычно требуется только катод (например, оцинкованный гвоздь или проволочная сетка), анод (например, графитовая ткань) и контейнер, наполненный почвой или компостом.