Из чего делают электроды в кислотных аккумуляторах

Устройство и принципы работы свинцово-кислотного аккумулятора

1-положительная решетка (электрод); 2-положительная пластина; 3-набор положительных пластин; 4-отверстие системы центральной вентиляции; 5-крышка; 6-полюсный вывод; 7-корпус-моноблок; 8-крепежный выступ; 9-блок пластин; 10-набор отрицательных пластин; 11-отрицательная пластина; 12-отрицательная решетка (электрод); 13-положительная пластина с сепаратором Каждая батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, объединенных в одном корпусе. Корпус изготавливается из пропилена, стойкого к кислоте и не проводящего ток. Отдельный аккумулятор объединяет чередующиеся положительные и отрицательные электроды, покрытые слоем активной массы. Изоляцию пластин противоположной полярности обеспечивает пластмассовый сепаратор. Электроды изготавливаются из свинцового сплава. В современных аккумуляторах положительные и отрицательные электроды изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава. Такие батареи имеют низкий уровень саморазряда (потеря 50% емкости за 18 месяцев) и минимальный расход воды (1 г/Ач). Это дает возможность полностью исключить добавление воды за период эксплуатации – необслуживаемая аккумуляторная батарея. Реже можно встретить более дешевую конструкцию, т.н. гибридную аккумуляторную батарею. В ней положительные электроды свинцово-сурмяные, а отрицательные – свинцово-кальциевые. В таких батареях расход воды в полтора-два раза больше кальциевой батареи, но они также не требуют обслуживания. Для повышения стойкости электродов к коррозии в свинцово-кальциевый сплав может добавляться серебро, олово. Электроды имеют решетчатую структуру. Технологии изготовления положительных и отрицательных электродов отличаются. Решетка отрицательных электродов по технологии Expanded metal получается путем просечки свинцового листа с последующей растяжкой. При производстве положительных электродов используется несколько технологий. Самая совершенная технология Power Frame. Каждый электрод Power Frame имеет опорную раму и внутренние жилки определенной направленности, чем достигается высокая жесткость и минимальное линейное расширение. Более простые электроды, изготовленные по технологии Power Pass (вертикальные жилки стягиваются к ушку электрода), Chess Plate (жилки электродов расположены в шахматном порядке). Каждый электрод покрывает слой активной массы. У положительных электродов активная масса состоит из диоксида свинца. В отрицательных пластинах активная масса представлена губчатым свинцом. Электроды помещены в электролит, в качестве которого используется раствор серной кислоты. Электролит имеет определенную плотность, которая изменяется в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи (чем выше заряженность, тем выше плотность). В зависимости от физического состояния электролита различают два вида аккумуляторных батарей: с жидким электролитом и с пропитавшим специальный материал (нежидким) электролитом. Сегодня наиболее распространены аккумуляторные батареи с жидким электролитом. Новые системы автомобиля, такие как система стоп-старт, система рекуперативного торможения, предъявляют повышенные требования к аккумуляторной батарее — высокий пусковой ток, стойкость к глубокому разряду, долговечность. Этим требованиям отвечают аккумуляторные батареи AGM (Absorbed Glass Material), в которых электролит удерживается в микропористом материале. В батарею заливается такое количество электролита, которое может впитать материал. Данная технология обеспечивает повышение эффективности активной массы за счет лучшего поглощения кислоты. Промежуточное положение между аккумуляторами с жидким электролитом и AGM батареями занимают аккумуляторные батареи EFB (Enhanced Flooded Battery) – технология влажного электрода. В батарее EFB электроды покрыты пленкой из микроволокна, которая удерживает энергию и обеспечивает стабильность к циклическому разряду. Батарея, при этом, заполнена жидким электролитом. В перспективе аккумуляторы типа AGM и EFB полностью заменят свинцово-кальциевые батареи с жидким электролитом. Сдерживающим фактором пока выступает высокая цена новых источников тока. Зарядка аккумуляторной батареи сопровождается газообразованием. Отвод газов от аккумуляторной батареи осуществляется с помощью системы вентиляции. Центральная система вентиляции соединяет каждый отдельный аккумулятор в составе батареи с атмосферой. За счет предохранительных клапанов система герметична. Клапан устанавливается в пробке аккумулятора и срабатывает при определенном избыточном давлении. Система носит название Valve Regulated Lead Acid Battery или VRLA батарея. Кислород и водород, образующиеся при заряде, не покидают аккумулятор, а взаимодействуют между собой с образованием воды. Их выход происходит только при высоком напряжении заряда. Система вентиляции лабиринтной конструкции более совершенна. Она обеспечивает конденсацию выходящих паров и возвращение жидкости обратно в аккумулятор. Отдельные аккумуляторные батареи оборудуются пламегасителем, который в случае возгорания выходящих паров отсекают пламя от батареи и не пускают его внутрь. Пламегаситель устанавливается на выходе вентиляционной системы и представляет собой мембрану из особого материала. Подключение аккумуляторной батареи к электрической сети производится с помощью двух свинцовых выводов. Положительный вывод всегда толще отрицательного, что исключает ошибку при подключении батареи. Полярность (расположение) выводов может быть прямой или обратной. При прямой полярности положительный вывод батареи расположен слева, при обратной полярности справа. Необходимо помнить, что длина проводов, которыми подключается аккумулятор, рассчитана на определенную полярность. Автомобильные аккумуляторы оборудуются индикатором заряженности батареи, т.н. «глазком». Плотность электролита оценивается по цвету «глазка» («зеленый» – батарея заряжена, «черный» – недостаточный заряд, «желтый» – низкий уровень электролита). На автомобиле аккумуляторные батареи жестко закрепляются с помощью специального крепления, предупреждающего их повреждение и разлив электролита. Крепление может быть верхнее (рамка) или нижнее (скоба, закрепляемая за выступы основания). Для батарей, располагающихся в центральной части или багажнике автомобиля предусматривается аварийный размыкатель аккумуляторной батареи.

Работа аккумуляторной батареи

• внедрение системы управления энергетическим балансом (регулирует подключение потребителей);
• использование двух аккумуляторных батарей (одна для запуска, другая для всего остального);
• совершенствование конструкции аккумуляторных батарей (AGM, EFB технологии).

Устройство свинцово-кислотных аккумуляторов.

Как Вы думаете, что объединяет автомобиль, электромобиль, электровелосипед и другие транспортные средства?

Где их сердце? Если Вы думаете — двигатель, ошибаетесь, — аккумуляторная батарея ! Именно эта незаменимая деталь снабжает электричеством стартер, либо электродвигатель привода электромобиля. Именно с неё начинается движение.

Сегодня наиболее распространенный тип аккумуляторов — свицово-кислотные. Их используют в транспорте или в качестве аварийного источника электроэнергии. Работает свинцово-кислотный аккумулятор благодаря электрохимическим реакциям свинца и диоксида свинца, которые проходят в сернокислотной среде. Обычно в аккумуляторах используют раствор серной кислоты и дистиллированной воды с концентрацией 1,23 г/см?. При таком соотношении компонентов, электролит работает с максимальной эффективностью. В регионах с более холодным климатом используется более высокая концентрация серной кислоты.

В процессе работы аккумулятора проходит как минимум 60 разных химических реакций. При этом 20 реакций не требуют участия электролита.

Конструкция свинцово-кислотного аккумулятора состоит из положительных и отрицательных электродов. Электроды разделяет изоляционный материал — сепаратор. Для изготовления электродов не используют чистый свинец, а используют его сплав с добавлениям 1-32 процента сурьмы. Таким образом повышается прочность решёток. В последнее время кроме сурьмы в состав пластин стали вводить соли кальция — либо во все электроды, либо только в положительные.

Функционирует аккумуляторная батарея циклически — то есть режим зарядки чередуется с режимом разрядки. В традиционных и гибридных автомобилях, восстановить заряд аккумулятору помогает генератор, а в электромобилях – зарядное устройство. Аккумуляторы работают в разных климатических условиях, поэтому должны сохранять работоспособность в широком диапазоне температур, при различной влажности и давлении. Обеспечить это не так-то просто. Для современных четырехколесных «коней» с бензиновым и электрическим приводом нужна батарея, которая выдержит значительные энергозатраты и обеспечит бесперебойное питание множества потребителей.

В зависимости от технических особенностей конструкции электромобиля, а также от того, где он будет использоваться — конструируют его «электрическое сердце». Однако главное задание разработчиков — это увеличить время эксплуатации.

Несколько отличаясь по конструкции, традиционные свинцово кислотные аккумуляторы , а также гелевые и АGM, обьединяют материалы, из которых они сделаны и, соответственно, один и тот же тип тип химических реакций. Несколько отличаясь по конструкции, традиционные свинцово кислотные аккумуляторы , а также гелевые и АGM, обьединяют материалы, из которых они сделаны и, соответственно, один и тот же тип тип химических реакций. Несколько отличаясь по конструкции, традиционные свинцово кислотные аккумуляторы , а также гелевые и АGM, обьединяют материалы, из которых они сделаны и, соответственно, один и тот же тип тип химических реакций. Несколько отличаясь по конструкции, традиционные свинцово кислотные аккумуляторы , а также гелевые и АGM, обьединяют материалы, из которых они сделаны и, соответственно, один и тот же тип тип химических реакций.

На работоспособность и срок жизни батареи влияет немало факторов и показателей, за которыми в прежние времена внимательно следили: температурой электролита (не должна превышать 50°), уровнем вибрации, периодичностью, объемом и качество технического обслуживания, параметрами тока разряда и заряда, надежностью электрооборудования.

Чтобы аккумулятор обеспечивал энергией автомобиль долгое время, он должен иметь:
высокую механическую прочность,

выдерживать продолжительную работу в режиме низких температур от — 40°, а также во время жары — до +60°.

Производители аккумулятора следят за тем, чтобы он терял как можно меньше энергии, когда его не используют, — от саморазряда.

Сейчас, с усовершенствованием технологий производства аккумуляторов, их обслуживание упростилось и сводится к проверке уровня электролита (там, где это можно проверить) и параметров тока зарядки.

Особенности конструкций аккумуляторных батарей

Есть несколько основных типов конструкций аккумуляторных батарей, они имеют свои особенности, хотя есть и общие черты.

Обычная конструкция — моноблок с ячейками банок и межэлементными перемычками. В электролит, которым залиты банки, погружены электроды состоящие из свинцовых решеток, полости в которых заполнены специальной пастой. Для того чтобы паста была плотнее, в неё добавляют волокна полипропилена, или сажу с сернокислым барием. Пасту обычно накладывают на решетки, прессуют и сушат, а потом обрабатывают с помощью электрохимических процессов. Такой состав повышает коэффициент использования активных материалов. Благодаря решеткам, — ток равномерно распределяется среди активных материалов.

Второй вариант — батарея находится в одном моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками.

Также есть батареи, которые не требуют обслуживания при эксплуатации. Они так и называются — необслуживаемые.

Все — и положительные и отрицательные электроды, соединяются между собой в полублоки.

Из полублоков состоят целые блоки. Количество положительных и отрицательных электродов может быть разным, однако эта разница в количестве между ними, — не может превышать одного электрода. Чаще всего, количество отрицательных электродов в аккумуляторах на один больше, чем количество положительных и каждый положительный электрод находится между двумя отрицательными. В такой конструкции положительные электроды меньше деформируются, правда, их толщина должна быть больше. Если количество положительных электродов больше, то в этом случае их толщина совпадает с толщиной отрицательных.

Еще одной важной частью конструкции аккумулятора являются сепараторы – они размещены между электродами и предотвращают их замыкание. К тому же сепараторы фиксируют электроды неподвижно, и тем самым увеличивают срок службы батареи. Сепараторы изготовливают из таких материалов, как: мипор, мипласт, поровинал, пластипор, винипор.

Мипор — вулканизованная смесь натурального каучука с силикагелем и серой.
Недостатки: ломкий, медленно проникает электролит, материал дорог.
Мипласт — изготовляется путем термической обработки полихлорвиниловой смолы.

Процесс изготовления не сложен, сырье легкодоступное, электролит проникает быстро. Недостаток — срок эксплуатации аккумуляторов небольшой.

Унификация размеров аккумуляторов

Для того чтобы аккумуляторы были удобными в использовании их размеры унифицированы. Клеммы на всех аккумуляторах также имеют стандартные размеры. С помощью такой унифицированной системы, в автомобиле или электромобиле можно устанавливать батареи разных размеров.

Если при приготовлении электролита использовать не дистиллированную воду, а обычную водопроводную, то саморазряд аккумулятора значительно ускоряется, происходит сульфитация, пластины разрушаются и ёмкость уменьшается. Уменьшается и срок службы батареи.

Причинами выхода аккумуляторов из строя является образования сульфата свинца, который препятствует протеканию химических реакций, окисление и растворение в электролите электродов, сползание и опадание активной массы положительных электродов.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Рассмотрим, что из себя представляют свинцово-кислотные аккумуляторы. Теоретическая часть и новые переведённые модули в системе ELECTUDE.

Свинцово – кислотные автомобильные аккумуляторы – это электроустройства, которые являются источником тока, питают стартер при запуске мотора. Для транспортных средств, работающих на бензине, дизельном топливе, аккумулятор выполняет роль вспомогательного источника энергии, который нужен для запуска двигателя источника энергии бортовой сети, если мотор не работает. Для электротранспорта автомобильный аккумулятор – основной источник энергии.

Устройство

Конструктивно кислотный аккумулятор состоит из следующих элементов:

• Корпус. Представляет собой моноблок. В него помещаются аккумуляторы. Изготовлен из изолирующего материала, стойкого к кислоте. Как правило, это пропилен.
• Электрод (решётка, покрытая пастой из свинцово-оксидного порошка). Положительные электроды покрыты диоксидом свинца. Отрицательно заряжённые решётки покрыты массой губчатого свинца. Для того чтобы увеличить антикоррозийную стойкость электродов, ряд производителей в свинцово-кальциевый сплав добавляет пассиваторы
• Сепаратор-конверт. Устанавливается для изоляции решёток, пластин противоположной полярности в батарейных элементах. В случае соприкосновения пластин разной полярности произойдёт короткое замыкание. Главная сложность при изготовлении сепараторов: их материал должен уберечь от такого замыкания, при этом ток должен беспрепятственно проходить через электролит. Компромиссное решение и достойный вариант материала – микропористая пластмасса. Большинство свинцово-кислотных батарей используют активное вещество электродов из свинцово-кальциевого сплава. У них минимальный уровень саморазряда.
• Шина
• Крышка
• Выходное отверстие.
• Клеммы. Обеспечивают непосредственную связь батареи со стартером, генератором, позволяют быстро монтировать или демонтировать батарею.
• Индикаторы плотности электролита и заряженности батареи.

Каждая современная батарея состоит из шести кислотных аккумуляторов. Используется последовательное соединение. Шесть 2-х вольтовых элементов обеспечивают на выходе 12 вольт.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Квалифицировать АКБ можно по двум признакам по функциональному назначению и установленному электролиту. По функциональному назначению устройства бывают двух типов:

1. Стартерные.Обеспечивают запуск двигателя автомобиля, подают ток на стартер. Требуют обслуживания и вентиляции.
2. Тяговые. Устройства для цикличных режимов. Используются в ситуациях, когда нужно обеспечить механизмы непрерывной энергией (питания в постоянном режиме). Чаще всего устанавливаются на электрокарах, тягачах, погрузчиках.

Что касается второго классификационного признака — тип электролита, то он может быть абсорбируемым, жидким, гелеообразным.

В большинстве случаев мы имеем дело с жидкой средой. Электроды находятся в электролите из раствора серной кислоты.

Плотность электролита в зависимости от степени заряженности постоянно изменяется. Чем заряжённость элемента ниже, тем ниже плотность электролита. При полном заряде плотность достигает 1.29 г/см3.

У ряда же современных АКБ электролит удерживается в специальном микропористом материале. В этом случае речь и идёт об абсорбируемом электролите. Объём электролита, заливаемый в АКБ добавляются в том объёме, который может впитать микропористый материал. Лучшее поглощение кислоты влечет за собой повышение эффективности активной массы. Это очень ценно, если АКБ работает на систему рекуперативного торможения или систему стоп-старта. Но из-за высокой стоимости батарей такого типа массового перехода на них пока нет. Большинство использует традиционные свинцово-кислотные батареи.

Наиболее хорошо известны решения, которые ориентированы на абсорбированные электролиты. Это батареи, изготовленные по технологии AGM. Обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторов такого типа не требуется. Для установки не нужно заботиться о том, чтобы помещение было вентилируемым. Работа не требует обслуживания. При этом в режиме подзарядки (буферном режиме) батареи способны служить 12-18 лет, в цикличном режиме — меньше.

Принцип работы аккумуляторной батареи

Как работает аккумуляторная батарея автомобиля?

• При заряде электрическая энергия преобразуется в химическую энергию.
• При разряде химическая энергия преобразуется в электрическую.
• Работа аккумулятора циклична.

На работу влияет окружающая температура. Если температура воздуха возрастает, увеличивается отдаваемая аккумулятором мощность. Казалось бы, проблема эффективности решена. Но не всё так просто, одновременно существенно увеличивается склонность батареи к саморозряду и к корродированию.

Понижение температуры в свою очередь, приводит к уменьшению разрядной емкости, а также уменьшению плотности электролита.

Преимущества и недостатки

• Низкой себестоимостью и, соответственно, доступной ценой.
• Надёжностью.
• Малой саморазрядностью.
• Простотой в обслуживании (не нужно доливать электролит),а для некоторых моделей, как, например, решений по технологии AGM, и вовсе отсутствие необходимости в сервисе.

• Трудности с организацией хранения. Хранение возможно исключительно в заряжённом виде.
• Плохая переносимость переразрядов. Правила эксплуатации ограничивают количество циклов заряда- разряда.
• Вред для окружающей среды (выделение испарений).
• Высокие риски перегрева при неправильной зарядке.
• Нестабильная работа в условиях низких температур. Иногда из-за этого возникают проблемы с запуском мотора в зимнее время.
• Слабые возможности на протяжении длительного времени в тяговом режиме эксплуатации выдавать электрический ток.

Где применяются?

• На всех стартерных и ряде тяговых двигателей автомобилей.
• На мототехнике: мопедах, мотоциклах, квадроциклах, скутерах.
• На лодочных моторах.
• На авиационной технике.
• В качестве стартерных чаще используют решения с жидким электролитом, в качестве буферных, а также на сложной технике, включая авиационную, используют, преимущественно решения абсорбированным на сепараторе (по AGM -технологии).

Срок службы

Срок службы батареи — это потенциальное время, за которое она будет оставаться в рабочем состоянии и в пределах описанных для неё производителем параметров.За этим сроком на деле стоит максимальный срок работы батареи в типовых условиях функционирования. Снизить срок эксплуатации по неосторожности может ряд факторов. Особенно внимательным нужно быть при пуске. Он должен осуществляться в стабильной среде. Особенно опасны вибрация и скачки температуры.

Недопустимы скачки температуры и во время эксплуатации. Резкое повышение температуры на 10 ° C существенно снизит емкость на 25% и уменьшит срок службы на 50%. Снижение температуры на ту же величину также уменьшит емкость батареи примерно на 25%.

Очень большой вес имеет и соблюдение правил хранения свинцово кислотных аккумуляторов. Помещение должно быть прохладным, сухим.Нельзя осуществлять штабеллирование.

Популярные батареи на жидких электролитах обычно служат 3-4 года, при эксплуатации в стабильной среде и низких нагрузках — возможный срок службы -7-8 лет. Решения, изготовленные по технологи AGM в режиме подзарядки (буферном режиме) способны служить 12-18 лет.

Срок службы никогда не стоит путать с гарантийным, последний всегда — меньше. Например, у изделий, которые способны служить 4 года, гарантийный срок обычно равен 1-2 года.

Зарядка

Автомобильная аккумуляторная батарея сама по себе не может обеспечить авто должным количеством энергии на протяжении длительного времени. Поэтому важно заботиться о пополнении запаса энергии, израсходованной из аккумулятора. Здесь выручает система зарядки. Её задача — производить электрическую энергию, которой снабжаются все потребители электрической энергии транспортного средства во время работы мотора.

Как зарядить свинцово кислотный аккумулятор физически?

Возможны два варианта:

1. Постоянным током.
2. Переменным током.

Необходимость перехода от генератора постоянного тока к альтернатору обусловлена тем, что с ним были трудности при производстве большого количества энергии при низких оборотах мотора.

Ротор альтернатора обеспечивает вращающееся магнитное поле внутри альтернатора. Обмотки возбуждения ротора принимают электрический ток через щётки.В неподвижной части — статоре производится сама энергия. Специальный вентилятор охлаждения втягивает воздух и создаёт все условия для поддержания нормального температурного режима диодов.

На практике при зарядке, главное, читайте инструкцию производителя. Порядок действий, которые требуется выполнить при зарядке, может отличаться.

Восстановление аккумулятора

Нередко возникает необходимость в восстановлении батареи. Если она сел (часто такое бывает после зимнего «простоя»), главное не паниковать. Как восстановить свинцово кислотный аккумулятор практически? Существует ряд механик восстановления,но наиболее простой и действенный вариант -это многократная зарядка малым током. Главная хитрость: нужно соблюдать перерывы между зарядками. В дело вступает физика. Напряжение возрастает, восприятие к заряду, напротив, уменьшается.. За время паузы электродные потенциалы выходят на один уровень, емкость свинцово кислотного аккумулятора увеличивается, плотность электролита также существенно растёт.

Результат достигнут в тот момент, когда показатели плотности можно считать нормальной для данного типа аккумулятора.

Cистематизируем знания, обретаем навыки: дистанционное обучение

Итак, вы познакомились с теорией, касающейся АКБ, классификацией, способами восстановления, зарядкой, но хотите изучить тему глубже, максимально систематизировать знания по этому вопросу, научиться на практике работать с батареей, протестировать свои знания? Отлично!

Вам поможет система онлайн-обучения механиков, электриков и диагностов ELECTUDE. Огромное преимущество онлайн -платформы состоит в том, что она максимально ориентирована на комплексный подход (основы физики + практикоориетированные материалы), и вы сможете получить не просто знания, но и конкретные умения, навыки, а система оценки знаний в виде тестов поможет реально оценить, над какими темами темами еще стоит поработать, в каком темпе двигаться дальше.

Далее мы приводим скриншоты и описания переведённых нами на русский язык модулей, которые непосредственно касаются рассматриваемой выше темы.

Изучайте, присматривайтесь к системе ELECTUDE и находите для себя новый источник не просто для получения знаний, а для пошагового развития практических навыков. Ведь кроме базовых модулей в системе есть специальный виртуальный тренажёр. Он и поможет «прокачаться» по полной. Система отлично подходит для обучения в дистанционном формате, самообучения.

Модуль «Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея»

В АКБ содержится электрическая энергия, необходимая для запуска грузового транспорта. В грузовике установлены две одинаковые 12-вольтовые батареи, которые соединены последовательно и вместе выдают напряжение равное 24 V (В-вольт). Когда вы поворачиваете ключ зажигания, аккумуляторы подают питание на стартер. Стартер начинает вращать коленчатый вал двигателя. В тот же момент запускается генератор и подзаряжает аккумуляторы.

Аккумуляторные батареи также подают электроэнергию на потребителя, если генератор не обеспечивает достаточную мощность.

На большинстве грузовиках свинцово-кислотные аккумуляторные батареи крепятся к раме , на некоторых – слева, на других–справа. Аккумуляторы могут устанавливаться и под кабиной грузовика.

Эти дополнительные устройства нужны для питания в кабине иных устройств: холодильника, медиаплеера, или зарядного устройства мобильного телефона.

Поскольку устройство содержит опасные кислоты, на его корпус приклеено несколько знаков, указывающих, как с ним безопасно обращаться.

Эти знаки указывают на то, что:

• Устройство следует хранить в труднодоступном месте.
• Есть риск взрыва во время зарядки.
• Аккумулятор следует хранить вдали от открытого огня.
• АКБ содержит опасную едкую кислоту.
• При обслуживании необходимо всегда носить защитные очки.
• Перед началом работы необходимо ознакомиться с руководством по эксплуатации.
• Для утилизации аккумулятор должен быть передан в специальный пункт сбора.
• Никогда не следует выбрасывать аккумулятор вместе с обычным мусором поскольку в нём содержится свинец и кислота.

Каждое устройство содержит информацию о том, с каким типом батареи вы работаете. Эта информация соответствует определённым стандартам.

Существуют различные организации, которые занимаются стандартами, например:

• SAE (Американское общество автомобильных инженеров);
• DN (Немецкий институт стандартизации) ;
• EN (Европейский стандарт);
• IEC (Международная техническая комиссия).

На наклейке указываются необходимые сведения. Например,

• 12 V (вольт): напряжение. Это аккумулятор с напряжением 12 V.
• 230 А/h (ампер-час): ёмкость. Это максимальное количество электрической энергии, которое может выдать аккумулятор при 20 часовом разряде (при конечном напряжении 10, 5 V и температуре 25 ℃). Это максимальное количество электрической энергии, которое может запасти аккумулятор. Данные указываются с учётом времени разряда 20 часов.
• 1200 А, сила тока холодной прокрутки . В соответствии со стандартом DN этот аккумулятор способен обеспечить питание 1200 А в течение 30 секунд с напряжением не ниже 9 V и температурой -18 ℃.
• Две одинаковые аккумуляторные батареи соединены последовательно. Это значит, что вместе они подают напряжение 2×12V=24 V. Емкость аккумулятора постоянна и равна в нашем примере 230 А/h.
• Обе аккумуляторные батареи должны быть одной марки и иметь одинаковую ёмкость и напряжение. Они также должны иметь одинаковую дату производства.

Снятие аккумуляторных батарей

Перед тем, как приступить к снятию аккумуляторной батареи с автомобиля, необходимо ознакомиться с руководством по ремонту. Обратите внимание, что инструкция будет отличаться в зависимости от марки АКБ.

• Выньте ключ из замка зажигания.
• Снимите защитный колпачок с кожуха батареи и крышек полюсов (они иногда прикрепляются).
• Сначала отсоедините зажим аккумуляторного кабеля от отрицательной клеммы (если вы сначала отсоедините зажим аккумулятора от плюсовой клеммы, и она случайно соприкоснётся с кузовом, то это вызовет короткое замыкание.
• Затем отсоедините три остальных клеммы аккумуляторной батареи.
• Отсоедините соединительный кабель между аккумуляторами 1 и 2.
• Затем снимите оба крепления.
• Извлеките обе батареи из отсека.

Установка аккумуляторной батареи

Перед тем, как приступить к установке, необходимо ознакомиться с руководством по ремонту. Для каждой марки существует своя инструкция.

1. Установите новые аккумуляторы.
2. Очистите клеммы и зажимы.
3. Установите соединительный кабель с зажимами на отрицательную клемму аккумулятора 2 (задний аккумулятор) и положительную клемму аккумулятора 1 (передний аккумулятор). Обратите особое внимание на клеммы, поскольку вывод «плюс» имеет больший диаметр, чем вывод «минус». Обе клеммы часто сужаются в верхней части.
4. Установите зажим для положительной клеммы 2.
5. Затем установите зажим для отрицательной клеммы 1.
6. Смажьте клеммы и зажимы аккумулятора консистентной смазкой для предотвращения коррозии.
7. Наденьте защитные колпачки на крышки полюсов (если они есть).
8. Наденьте защитный чехол на корпус аккумуляторной батареи.
9. Вставьте ключ в замок зажигания.

Последовательное и параллельное соединение

Под напряжением понимают разность потенциалов между её положительными и отрицательными клеммами. напряжение обозначают буквой U. Единицей напряжения является вольт. Напряжение равно силе тока (А) при определённом сопротивлении(R).

Емкость батареи — это значение максимального количества электрической энергии, которое может содержать батарея. Единицей измерения ёмкости является ампер-час/Ач. Таким образом под мощностью подразумевается ток (А).

Также встречаются комбинированные цепи, в которых батареи соединены как параллельно, так и последовательно. Таким образом увеличивается как ёмкость, так и напряжение.

Разновидности и тестирование

На скриншотах наглядно представлены модули, характеризующие разные типы СКАБ. Это стандартные решения (с жидким электролитом) и устройства, изготовленные по усовершенствованным технологиям.

Особенности конструкции свинцово-кислотных батарей

История аккумуляторной батареи, основанной на принципе комбинации свинцовых пластин и сернокислотного раствора в роли электролита, берет свое начало в далеком 1859 году. После того конструкция подобных аккумуляторов совершенствовалась, и сейчас мы можем говорить о серьезном прогрессе в создании батарей для различных сфер – автомобили, ИБП, энергетический сектор, бытовое использование и т.д.

В этом обзоре мы попытаемся разобраться с особенностями устройства, конструкции и работы свинцово-кислотных аккумуляторов.

Общие моменты внутреннего строения

Мы упомянули выше, что данный тип аккумуляторов – это комбинация свинцовых пластин (электродов) и электролитного вещества, изготовленного из раствора серной кислоты (H2SO4). Внутри аккумулятора находятся два электрода – отрицательный (катод) и положительный (анод), на которых располагается так называемая активная масса. Отметим, что электроды изготавлвиается в решетчатой структуре, и именно в эти поры «запрессовывается» активная масса. На катоде – это обычный губчатый свинец (Pb), на аноде в роли активной массы выступает диоксид свинца (PbO2).

Электродные решетчатые пластины в виде чистого свинца встречаются довольно редко. Обычно электроды изготавливаются из сплавов различных металлов (сурьма, кальций и т.д.). Все это объясняется тем, что в чистом виде свинец не обладает надежными физико-химическими свойствами.

Аккумуляторные батареи первого поколения

К батареям первого поколения относятся классические свинцово-кислотные аккумуляторы с жидким электролитом. Модели могут изготавливаться в двух разновидностях:

• батареи открытого типа: конструктивно в таких устройствах не предполагается специальная крышка, поэтому электролитное вещество напрямую контактирует с воздухом. Основные недостатки таких батарей – это необходимость постоянно следить за состояние электролита, периодически доливая воду внутрь корпуса;
• аккумуляторы закрытого типа: в данном типе устройств конструктивно предполагаются специальные пробки, которые задерживают испарение электролита и различные химические реакции. Для доливки воды пробки легко вывинчиваются. Однако «закрытые батареи» зачастую изготавливаются в необслуживаемом «формате», когда доливать воду не приходится во время всего срока эксплуатации. Наиболее частое применение «закрытых» моделей – в автомобилях, тракторной технике, пусковых и тяговых установках.

Батареи первого поколения до сих пор применяются по различным направлениям, но с течением времени их стали вытеснять усовершенствованные модели.

Аккумуляторы второго поколения

Ко второму поколению аккумуляторных батарей относятся модели, где электролитное вещество представлено в виде геля. Вместо жидкого электролитного вещества в них применяется желеобразный электролит, который создается путем добавления в раствор серной кислоты (H2SO4) специального загустителя. В роли загустителя обычно выступает селикагель – двуокись кремния (SiO2). Аккумуляторные батареи GEL изготовлены в полностью герметизированном корпусе и не нуждаются в эксплуатационных вмешательствах (необслуживаемые). Наиболее критичные моменты для работы таких батарей – это нестабильность работы во многих температурах окружающей среды, а также нестойкость к перепадам напряжения.

Третье поколения свинцово-кислотных аккумуляторов

Батареи третьего поколения – это аккумуляторы, изготовленные по так называемой технологии AGM. Технология представляет собой оснащение внутренней конструкции батареи специальным сепаратором, который участвует в так называемой рекомбинации газов.

Дополнительно к электродным пластинам и электролитному веществу (раствору серной кислоты) помещается специальная сепараторная пластина. Данный абсорбент изготавливается из стекловолокна, обеспечивая надежность химических процессов внутри аккумулятора. Процесс газовой рекомбинации – наиболее важное достоинство аккумуляторов типа AGM. Их работа обеспечивает рекомбинацию более 99% всех выделяемых газов, а незначительный один процент выходит через специальные отверстия.

Наиболее частое применение AGM батарей – в автомобильной сфере. Однако батареи также не обладают стойкостью к перепадам напряжения, как и гелевые аккумуляторы.

Основные характеристики внутреннего и внешнего устройства свинцово-кислотных АКБ

Мы уже упомянули, что в чистом виде электродные свинцовые пластины практически не встречаются. К ним обычно добавляют дополнительные металлы для улучшения их химико-физических свойств. Например, часто аккумуляторные электроды изготавливаются из комбинации свинца и сурьмы (Sb). Это позволяет добиться лучшего контакта активной массы с решетчатой пластиной, увеличивает общий эксплуатационный срок батарей.

Нередко можно встретить кальций-свинцовые батарей. Электроды из комбинации свинца и кальция становятся более легкими и более стойкими к различным физико-химическим процессам.

Вообще, для разработчиков свинцово-кислотных аккумуляторных батарей очень трудно подобрать правильный состав, чтобы соблюдался определенный баланс между долговечностью модели, безопасностью ее эксплуатации, энергетической плотностью и т.д. Например, чтобы увеличить емкость аккумуляторов производители вместо никеля добавляют кобальт. Однако одновременно уменьшается уровень безопасности хранения и использования таких батарей.

Внешние конструктивные особенности

Большинство аккумуляторных батарей изготавливают так, чтобы на корпусе аккумулятора были элементы призматической формы. В результате такой конструкции в качестве основного материала для изготовления корпуса используют пластмассу. Однако некоторые свинцово-кислотные модели производятся с применением цилиндрических форм.

При этом работа цилиндрических батарей более надежна и продуктивна: больший разрядный ток, стабильная функциональность всех элементов, лучшая стойкость к температурам.

Характеристики энергетической плотности и саморазряда

Параметр напряжения в свинцово-кислотных моделях составляет 2.2 В, при этом данный тип аккумуляторов обладает самой маленькой энергетической плотностью по сравнению с батареями других конструкций и типов. В них не предусмотрен так называемый «эффект памяти», поэтому продолжительность заряда никак не влияет на работу моделей.

Неплохие характеристики свинцово-кислотные модели демонстрируют и в показателях среднемесячного разряда. В этом показателе данные аккумуляторы с огромной форой опережают ближайших батарейных конкурентов. Например, среднемесячный разряд никель-кадмиевых аккумуляторов составляет около сорок процентов. Такой же показатель демонстрируют и свинцово-кислотные модели, но только за год. 40% процентов самостоятельного разряда за год – показатель, по нашему мнению, отличный.

Зарядные и разрядные особенности

Среднее время заряда свинцово-кислотного аккумулятора составляет от восьми до шестнадцати часов (зависит и от степени разряженности батареи, и от ее конструктивных частных особенностей). Специалисты не рекомендуют хранить батарею в разряженном виде. В противном случае внутри аккумулятора начинают происходить неприятный процесс сульфатации, который уменьшает энергетическую емкость батареи. В некоторых случаях долго пролежавшую разряженную батарею больше зарядить не удается.

Свинцово-кислотные аккумуляторы не очень надежны в больших циклах заряда-разряда, в отличие, к примеру, от никель-кадмиевых «конкурентов». Полный разряд батареи снижает ее энергетическую емкость, так как электродные пластины внутри аккумулятора начинают деформироваться. Поэтому специалисты советуют применять батареи более емкие, чтобы обезопасить себя от полного разряда. В некоторых случаях полный разряд аккумулятора приводит к потере 80% емкости всей батареи.

Батареи свинцово-кислотного типа, в зависимости от конструктивного строения и условий их эксплуатации, могут прослужить от одного года до двадцати лет. Все зависит от качества производства, условий хранения и эксплуатации, частоты разрядов и т.д. В целом, герметизированные необслуживаемые батареи могут гарантировано прослужить около десяти лет.