Аккумуляторная батарея как работает: Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора | Полезные статьи — ПЕЖО Центр Тамбов — официальный дилерский центр Peugeot в Тамбове

Содержание

Аккумуляторная батарея автомобиля — назначение, устройство и типы

Назначение аккумуляторной батареи

Аккумуляторная батарея обеспечивает электрическим током все потребители, пока двигатель не работает или работает на очень малых оборотах, также является резервным источником питания в случае выхода из строя генератора.

Внимание
В случае выхода из строя генератора не стоит затягивать с его ремонтом, необходимо сразу решать возникшую проблему. Длительное использование исключительно АКБ может вывести ее из строя, причем в самый неподходящий момент.

Одним из основных функциональных назначений АКБ является пуск двигателя с помощью стартера.

Устройство аккумуляторной батареи

В аккумуляторной батарее происходит преобразование химической энергии в электрическую. Химия в том, что взяли и поместили в раствор серной кислоты две пластины, состоящие из свинца, и на пластинах сделали выводы (рисунок 10.1). Подсоединили к выводам два провода от генератора, начали вращать его, чтобы тот выделял электрический ток и зарядили АКБ (пока аккумулятор заряжается, он является потребителем тока).

В данном случае электрическая энергия преобразовалась в химическую – аккумулятор зарядился. Отсоединили от выводов генератор и подсоединили, например, лампочку, и она загорелась! Потому что начался процесс преобразования химической энергии в электрическую. Прелесть данной конструкции в том, что процессы зарядки и разрядки можно производить многократно. И если соблюдать основные, довольно несложные, правила эксплуатации АКБ, она может прослужить долгое время.

Простейший аккумулятор состоит из двух пластин, помещенных в корпус (его еще называют банкой), этот корпус заполнен раствором серной кислоты (который называется электролитом) и закрыт сверху крышкой. В крышке имеются отверстия, через которые выведены по два вывода от каждой из пластин (положительный и отрицательный).

Рисунок 10.1 Принцип работы аккумуляторной батареи.

Любая АКБ состоит из нескольких (чаще шести) простейших батарей, описанных выше. Почему именно шести? Бортовая сеть автомобиля рассчитана на 12 вольт, а значит и аккумуляторная батарея должна выдавать столько же.

Ввиду своих габаритных размеров одна банка (две пластины) обеспечивает напряжение приблизительно в 2 вольта. Для получения 12 вольт положительные и отрицательные пластины соединяют последовательно и делают два общих вывода – положительный и отрицательный (смотрите рисунок 10.2).

Примечание
Аккумуляторная батарея должна иметь такие габаритные размеры, чтобы оптимально вписаться в ограниченное пространство моторного отсека автомобиля.

Рисунок 10.2 Устройство аккумуляторной батареи.

На многих современных автомобилях для предотвращения кражи головного модуля аудиосистемы существует своеобразная защита, которая блокирует аудиомагнитолу после отключения отрицательной клеммы от аккумуляторной батареи. Чтобы магнитола заработала, в нее необходимо ввести определенный код – ключ. Если вы приобретаете новый автомобиль, данный код вам вручат в салоне, если покупаете машину с рук, необходимо уточнить у владельца наличие такого кода.

Примечание
Стоит помнить, что в некоторых современных автомобилях после отключения АКБ и повторного подключения бортовой компьютер может вывести сообщение об ошибке, которое можно сбросить с помощью специализированного оборудования на СТО.

Типы АКБ

По принципу необходимости обслуживания аккумуляторные батареи разделяют на: обслуживаемые и необслуживаемые. Одним из подтипов обслуживаемых стали малообслуживаемые АКБ. На данный момент применение обслуживаемых АКБ сведено к минимуму. Названия типов аккумуляторных батарей говорят сами за себя.

Основа свинцово-кислотных АКБ, о которых идет речь в данной главе, — жидкий электролит. Однако технологии производства батарей шагнули далеко вперед и сейчас довольно часто можно встретить АКБ, выполненные на базе технологии AGM, в которой сам электролит абсорбирован в стеклянных волокнах. Также не стоит забывать и о набирающих популярность гелевых АКБ (GEL), в них электролит загущен с помощью силикагеля до гелеобразного состояния.

Из-за большого многообразия типов АКБ возникло много споров относительно эффективности и стойкости каждого из них. Если по существу, то нет одного, идеального для всех эксплуатационных условий аккумулятора. Ибо, выигрывая в чем-то одном, любой тип АКБ обязательно существенно проигрывает в чем-нибудь другом. Так, например, столь популярные необслуживаемые «кальциевые» аккумуляторы имеют очень низкие показатели саморазряда и не требуют к себе какого-либо внимания, однако они очень сильно «боятся» глубоких разрядов (как пример, при многократных коротких поездках в зимний период). С такими разрядами АКБ такого типа придет в непригодность за очень короткий период эксплуатации. А вот малообслуживаемые АКБ глубоких разрядов не боятся, но взамен требуют регулярной доливки дистиллированной воды (в среднем, раз в полгода).

Примечание
Во время зарядки АКБ происходит закипание электролита, но закипание не в бытовом понимании этого слова, просто происходит расщепление воды на кислород и водород (появляются пузырьки). Составная часть электролита – вода – выкипает, а плотность электролита, соответственно, растет. Чтобы привести плотность электролита в норму, доливают дистиллированную воду.

Внимание
Одной из существенных опасностей при плановой зарядке АКБ является выделение водорода из электролита. И вроде мало, но и взорваться может. Поэтому при обслуживании и эксплуатации АКБ необходимо соблюдать все меры предосторожности.

Основные характеристики АКБ

Полярность указывает на расположение отрицательного и положительного выводов батареи. Полярность бывает прямой и обратной.

Примечание
Чтобы узнать, какая полярность на вашей АКБ, установите ее к себе той стороной, ближе к которой смещены выводы. Посмотрите, какой из выводов обозначен знаком «+», а какой — знаком «-». Если «+» находится слева, значит полярность прямая, если справа – обратная.

Номинальная емкость (обозначается С20) — количество электричества (в А·ч), которое способна отдать АКБ при 20-часовом режиме разряда током, численно равным 0,05 номинальной емкости до напряжения на выводах 10,5 В при температуре электролита 25 °С.

Внимание
Следует всегда помнить о том, что на автомобиль следует устанавливать АКБ той емкости, которая указана заводом-изготовителем транспортного средства.

В принципе, ничего страшного не случится, и первое время будет радовать резвый пуск двигателя, но не стоит забывать о том, что возможности генератора не безграничны, а условия эксплуатации автомобиля могут быть очень суровы. Как следствие, батарея большей емкости будет постоянно недополучать энергию для восстановления — не будет заряжаться на 100%, что в скором времени приведет к выходу ее из строя.

Резервная емкость (обозначается Cр) – время разряда в минутах полностью заряженной батареи током 25 А до напряжения 10,5 В при температуре электролита 25 °С.

Примечание
Резервная емкость в 1,63 раза больше номинальной в числовом выражении (так, для АКБ емкостью 55 А·ч она составляет приблизительно 90 минут). Это время, в течение которого полностью заряженная батарея может обеспечивать электроэнергией минимальное количество потребителей, необходимых для безопасного движения автомобиля в случае отказа генератора.

Ток холодной прокрутки

(Iх.

п.) – по ГОСТу (ДСТУ) 959-2002 – это ток разряда, который способна отдать батарея при температуре электролита минус 18 °С в течение 10 секунд при напряжении не менее 7,5 В. Чем выше данный параметр, тем лучше двигатель будет пускаться зимой, однако по причине увеличения нагрузки на стартер может снизиться его ресурс.

Примечание
Величина тока холодной прокрутки зависит от методики ее измерения. Примерное соответствие значений тока холодной прокрутки, определенного по разным стандартам, приведено в таблице ниже.

DIN 43559, ГОСТ 959-91	170	200	225	255	280	310	335	365	395	420
EN 60095-1, ГОСТ 959-2002 (Россия)	280	330	360	420	480	520	540	600	640	680
SAE J537	300	350	400	450	500	550	600	650	700	750

Одним из основных показателей, характеризующих рабочее состояние АКБ, является плотность электролита. Она должна быть всегда в определенном диапазоне. Если АКБ малообслуживаемая, то летом плотность немного понижают, а вот зимой, чтобы исключить вероятность замерзания электролита, повышают.

Примечание
Плотность электролита измеряется специальным прибором – ареометром.

При покупке АКБ

Допустим, вы решили заменить источник питания. Придя, например, в магазин автозапчастей, определились с моделью. Теперь внимательнее. Спросите сначала АКБ сухозаряженный (без электролита) или залитый электролитом и заряженный. В первом случае срок хранения на складе не должен превышать трех лет, во втором – полугода.

Посмотрите на дату изготовления АКБ и если с даты производства прошло более одного года, выполните, по возможности, следующие проверки:

осмотрите корпус на наличие повреждений;

Для залитых и заряженных

уровень электролита должен находиться между метками «min» и «max» (корпус из полупрозрачного пластика) или быть выше примерно на 15 – 20 мм от верхнего торца пластин;
плотность электролита должна составлять 1,25–1,26 г/см3 при 25±5 °С;

Маркировка АКБ

Рисунок 10. 3 Маркировка АКБ по отечественному стандарту.

Рисунок 10.4 Маркировка АКБ по европейскому стандарту EN 60095-1.

Рисунок 10.5 Маркировка АКБ по американскому стандарту SAE J537.

Для всех

цвет индикатора заряженности (если такой есть в наличии) должен быть зеленым;
напряжение на выводах без нагрузки должно быть не менее 12,6 В.

Внимание
Так или иначе, но в наличии должна быть инструкция по эксплуатации на русском или украинском языке и гарантийный талон с указанными условиями гарантии.

Не стесняйтесь требовать от продавца выполнения описанных выше проверок, ведь автомобильная АКБ это не батарейка в плеер, и приобретается не на один месяц, причем от качества АКБ зависит работа всех электрических систем автомобиля.

Как работает аккумуляторная батарея

Странно, но факт, что некоторые изобретения человечества были получены очень необычными способами. Однажды, взяв лягушку и подвесив её на верёвочке, учёный по имени Луиджи Гальвани заметил, что если поднести две металлические пластины (из разных металлов) к лягушке и коснуться ими её, то лягушачья лапка начинает дергаться! Невероятный опыт.

И не менее фантастическое изобретение было получено, в конце концов. Аккумуляторы — наша новая тема! Расскажу коротко историю развития и современное применение столь нужного устройства!

Аккумулятор — это устройство для накопления энергии. Цель — её дальнейшее использование. Слово «altilium» латинское и переводится как «накопитель». Бывают: электро, тепловые, инерционные, гидравлические и т.д. Наш разговор пойдёт о первом виде. Устройство, накапливающее электрическую энергию.

Схема аккумулятора простая. В электролит погружены электроды с разной полярностью. Анод (положительный) и катод (отрицательный). При подключении к источнику энергии аккумулятор её накапливает в химической форме и отдаёт по мере необходимости, преобразуя в электричество. При разрядке его заряжают заново.

Как всё начиналось

Кстати, пытливый ум учёного Гальвани оказался не прав. Он ошибочно решил, что сама лягушка вырабатывает энергию, и даже успел назвать это не иначе как «животное электричество». На благо человечества был ещё один учёный-физик с фамилией Вольта, который установил ошибочность опыта. Алессандро Вольта доказал, что ток возникает в результате химической реакции между пластинами из разных металлов.

В 1800 году физик Вольта проводил опыты с разными металлами. В качестве положительного электрода использовал олово, цинк, свинец или железо. Отрицательным были — медь, золото и серебро. В итоге сочетание цинк-медь, помещённые в соляной раствор, явили миру первый химический источник тока. Странно, но эффект получения энергии подобным способом назвали «гальванизм». Первая батарейка стала «гальваническим элементом».

Первая серийная батарея была просто «шедевральной». Представьте, деревянная коробка, внутри которой расположены медные и цинковые пластины. Всё это залито морской водой, выступающей в качестве электролита. Ну и последний штрих — сверху вся конструкция плотно упакована в цемент. К сожалению, перезарядка таких устройств не осуществлялась.

Первый настоящий аккумулятор был получен лишь в 1859 году. Это модель, принципы которой и сейчас актуальны. Свинцовые пластины, ткань и дерево. В 1899 году был изготовлен первый никель-кадмиевый аккумулятор, а в 1901 году — никель-железный.

Современные реалии

Про сегодняшний мир аккумуляторов я расскажу на примере источников питания мобильных устройств — телефонов, смартфонов, ноутбуков, камер и источников бесперебойного питания. Хотя, если брать последние модели, технология и материалы у всех одни. Коротко о том, где используются, плюсах и минусах.

Современные электрохимические системы подразделяются на:

Свинцово-кислотные, герметичные (SLA)

Применяются такие батареи обычно там, где вес и размеры не имеют значения (или почти не имеют). Это охранные системы, инвалидные коляски, бесперебойники (UPS). Отличаются высокой мощностью и ёмкостью. Использовались в первых моделях мобильных телефонов.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd)

Используются эти элементы в медицинском оборудовании, ручном электроинструменте, радиостанциях, в старых моделях сотовых, радиотелефонах, видеокамерах.

Преимущества — быстрый заряд и способность отдавать большой ток. Не нагревается при эксплуатации. Длительный срок службы при правильном использовании. Низкая цена.

Минусы — «эффект памяти» и высокий саморазряд. Приличный вес. Содержание кадмия требует особой утилизации. Но когда это нас пугало.

Никель-металлгидритные (Ni-MH)

Эти системы призваны заменить никель-кадмиевые элементы. Плотность энергии у них больше, тем самым аккумуляторы намного легче. Отсутствует «эффект памяти» (почти), но имеет место нагрев батареи. Экологически безопасны. Если коротко и честно, то минусов больше, чем плюсов. Но маркетологи пытаются рассказать обратное.

Литий-ионные (Li-ion)

Все современные смартфоны, ноутбуки и любые другие гаджеты, используют эту технологию сегодня. Такие виды батарей вытеснили всех остальных по ряду веских причин.

Плюсы — маленький вес и размер, высокая плотность заряда, отсутствие «памяти». Низкий саморазряд и не надо обслуживать. Встроенная система защиты и схема управления.

Недостатки — высокая цена, «нелюбовь» к полной разрядке, небольшой срок эксплуатации (максимум 2 года).

Литий-полимерные (Li-Pol)

Одна из последних разработок в области сохранения энергии. Вместо электролита тут используется полимер. Имеет все преимущества литий-ионной батареи. Большим плюсом является тот факт, что батарею можно сделать любой толщины и формы. Согласитесь, это круто! Минус — может неплохо бабахнуть при неправильной эксплуатации.

Хочу заметить, что именно в таком порядке смены электрохимических систем развивалась данная технология. Аккумуляторы продолжают совершенствоваться, и, думаю, резкий прорыв не за горами. Также даю несколько нужных советов в использовании ваших устройств, имеющих батареи:

Современные аккумуляторы не надо полностью разряжать и потом заряжать. Лучший период для зарядки — 40-80%.
Больше всех «жрёт» батарею — экран. Хотите сэкономить — убавляйте яркость.
Нельзя оставлять на ночь на зарядке — это миф! Оставляйте смело!
Холод и жара реально вредят батарее. Старайтесь не мыться в бане со своим смартфоном и не забывать его в холодильнике.
Использовать можно любые качественные зарядные устройства для любых гаждетов.
Можно спокойно использовать телефон, когда он на зарядке. Хоть болтать, хоть играть.

Автомобильный аккумулятор (АКБ). Общее устройство аккумулятора

Неотъемлемой частью каждого автомобиля является аккумуляторная батарея, которая предназначена для питания электрических цепей управления и сервиса бортовой сети, когда двигатель автомобиля не работает. Но самое главное,- приводить в действие стартер, во время заводки авто. Аккумуляторная батарея включается в буфер с автомобильным генератором и во время движения, или просто работы двигателя, является нагрузкой для генератора. Но как только вся совокупная электрическая нагрузка превысит мощность выдаваемую генератором, в действие «вступает» аккумулятор и поддерживает напряжение бортовой сети на уровне 12 вольт.

Обычно для автомобилей применяются кислотно-свинцовые аккумуляторы, которые имеют напряжение 12 вольт и различаются только по емкости заряда. Автомобильный аккумулятор должен обладать несколькими важными параметрами.

Иметь малое внутренне падение напряжения
Иметь небольшой саморазряд во время эксплуатации
Иметь способность выдавать большие токи
Иметь небольшие габариты и минимальное обслуживание.

Всем этим параметрам и соответствует кислотно-свинцовый аккумулятор, об устройстве которого поговорим ниже.

Устройство аккумулятора автомобиля

Аккумулятор, с номинальным напряжением в 12 вольт состоит из (обычно 6) независимых друг от друга аккумуляторов (банок) меньшего напряжения (2 вольта), собранных в одном корпусе и соединенных последовательно между собой.

Банка аккумулятора представляет собой набор разно полюсных пластин, которые изолированы друг от друга кислотоупорными сепараторами.
Корпус аккумулятора изготавливается из кислотоупорных пластмасс или эбонита. В корпусе имеется отсеки для установки банок аккумулятора.
Полюсная пластина изготавливается из свинца и имеет вид решетки, в ячейки решетки впрессовывается специальный состав (активное вещество) пористой структуры, для увеличения площади соприкосновения с электролитом. Активное вещество изготавливается из свинцового порошка, с добавлением серной кислоты. В отрицательные пластины добавляется еще сернокислый барий. Во время формирования аккумулятора пластины заряжаются, и активное вещество в плюсовых пластинах превращается в диоксид свинца, а в отрицательных – в губчатый свинец.
Электролит заливается в банки аккумулятора и служит для движения заряженных частиц от полюса к полюсу. Изготавливается из серной кислоты и очищенной воды (дистиллированной).

Принцип работы аккумуляторной батареи

Физика процесса работы аккумулятора очень проста, при подключении нагрузки, в аккумуляторе начинается движение заряженных частиц, что приводит к появлению тока. В условиях заряда от генератора или зарядного устройства, напряжение заряда превышает номинальное значение напряжения аккумулятора, и движение частиц происходит в обратном направлении.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Часто задаваемые вопросы

Какую емкость аккумуляторной батареи выбрать?

Для автономной системы электроснабжения дома желательно выбирать аккумуляторную батарею такой емкости, чтобы ее можно было зарядить за один день с помощью выбранного Вами оборудования (массив солнечных панелей , МPPT контроллер, инвертор). Если мы говорим о свинцово-кислотных батареях типа AGM и GEL, то они заряжаются токами 0,1 С ( 10% от емкости), но не более 0,2 С или 0,3 С. Кстати говоря , на многих импортных аккумуляторах производитель пишет прямо на корпусе рекомендуемое напряжение заряда, подзаряда и максимальный зарядный ток. Например, если Вы выбрали батарею 100 Ампер-часов, то ее надо заряжать током 10 Ампер (но не более 20 или 30 ампер) в течении нескольких часов, в зависимости от степени разряженности. Если вы не успели зарядить батарею за один хороший яркий солнечный день, то на следующий солнце может скрыться за тучами и выработка существенно снизиться.

Также емкость батареи подбирается в зависимости от суточного потребления энергии, а также из расчета времени автономии, когда используется только накопленная в аккумуляторах солнечная энергия. Чем больше время автономии и чем более мощные электроприборы Вы используете , тем больше емкость аккумуляторных батарей должна быть и, соответственно, выше стоимость оборудования (не только аккумуляторов).

Какое количество солнечных панелей мне необходимо?

Количество солнечных панелей выбирается так, чтобы за один хороший солнечный день можно было бы этим массивом панелей полностью зарядить аккумуляторную батарею, от которой Вы будете питаться ночью, а может быть и следующий день, если он не будет солнечным.

Надо отметить, что выработка энергии от солнечных панелей существенно снижается, если день облачный, сумрачный, но полностью не прекращается. Лучше всего иметь некоторый запас мощности солнечных батарей (излишек мощности), так как в пасмурный день выработка электроэнергии будет не соответствовать расчетам и ожиданиям. Также количество панелей зависит от конфигурации оборудования (инвертора и МРРТ контроллера).

Что такое технология PERC ?

Технология PERC ( The Passivated Emitters and Rear Cells ) переводится как пассивирование излучателей на задней стороне ячейки. Надо отметить , что технология PERC касается только технологии изготовления солнечных кремниевых ячеек. И если солнечные панели изготовлены из PERC ячеек , то такие панели можно называть PERC солнечные панели . Технология заключается в том , диэлектрическая пленка на задней поверхности ячейки пассивирована и получается локальный металлический контакт, что значительно снижает скорость рекомбинации поверхности и улучшает отражение света на задней поверхности

В 2006 году эффект пассивации диэлектрической пленки AlOx на задней панели PERC-батареи P-типа привлек внимание людей, что сделало возможным индустриализацию батареи PERC. Впоследствии, со зрелостью технологий промышленной подготовки и оборудования для осаждения AlOx и внедрения лазерной технологии, технология PERC стала постепенно индустриализироваться. Примерно в 2013 году производитель начал импортировать производственные линии PERC, ячейка PERC в последние годы привлекла все больше внимания отрасли, производство может быть быстро расширено. Ожидается, что глобальные производственные мощности увеличатся на 6,5 ГВт в 2017 году и 2,5 ГВт по сравнению с существующими стандартными линиями батарей. По оценкам, к концу 2017 года глобальная емкость батареи PERC достигнет 20 ГВт. Стоит отметить, что 2017 год, вероятно, стал поворотным годом для клеток PERC и обычных ячеек. С расширением емкости ячейки PERC доля рынка обычных ячеек будет постепенно снижаться.

Эффективность ячейки PERC

Всего за несколько лет эффективность массового производства ячейки PERC постоянно растет на большой площади. Эффективность производственной линии монокристаллической ячейки PERC в целом достигла 21-21,5%, а поликристаллическая ячейка PERC достигла 20-20,5%. Максимальная эффективность преобразования промышленно развитых монокристаллических PERC и поликристаллических PERC модулей на большой площади составляла 22,6% (Changzhou Trina solar) и 21,63% (JINKO SOLAR) соответственно.

Могу ли я продавать излишки солнечной энергии в сеть ?

Да можете. Но необходимо несколько условий.

Наличие Федерального закона РФ, разрешающее это делать. 28 декабря 2019 года Федеральный закон о внесении изменений в закон » Об электроэнергетике» в части развития микрогенерации принят , опубликован и вступил в полную силу. Эти изменения к закону «Об электроэнергетике» дают возможность собственникам небольших солнечных ( ветро и гидро) электростанций продавать излишки электроэнергии до 15 кВт в сеть. Данная продажа не является предпринимательской деятельностью, а соответственно — не нужно платить никакие налоги. Для того , чтобы продавать в сеть ( в обратную сторону) электроэнергию — необходимо иметь электрический счетчик, который учитывает энергию как в прямом , так и в обратном направлениях. Прежде чем приобретать двунаправленный счетчик , рекомендую согласовать выбранную модель с сетевой компанией. Такой счетчик должен находится в государственном реестре электрических счетчиков. Сам закон можно скачать здесь http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001201912280019?index=0&rangeSize=1
Наличие двунаправленного электрического счетчика для учета электроэнергии в разных направлениях. Надо заметить, что не все инверторы могут продавать( отдавать) электроэнергию в сеть. Это могут делать лишь сетевые инверторы и те гибридные инверторы, у которых производитель прямо обозначил наличие этой функции.

Чем отличается сетевой инвертор (on grid invertor) от вне сетевого (батарейного) инвертора (off grid invertor)?

Сетевой инвертор (on grid invertor) работает без использования аккумуляторных батарей. Он сразу преобразует постоянную энергию от солнечных батарей в переменный ток, например 220 вольт. И мы можем сразу пользоваться этой энергией для наших нужд. Есть некоторые ограничения. Сетевой инвертор вырабатывает энергию только днем, когда есть солнце. Естественно ночью никакой выработки энергии нет и нет запасов ее, так как аккумуляторные батареи отсутствуют. Еще одно ограничение – это необходимость наличия питания для сетевого инвертора. Если в общественной сети не будет электроэнергии, соответственно сетевой инвертор не будет работать. Это оборудование как правило в дневное время питает нагрузку в доме, а излишки энергии отдает в сеть, а в вечернее и ночное время электроснабжение дома происходит только от общественной сети.

Вне сетевой (батарейный) инвертор (off grid invertor) работает в паре с аккумуляторной батареей. Он накапливает энергию солнца за день, а в вечернее и ночное время снабжает дом накопленной энергией, преобразуя постоянный ток аккумулятора в переменный, который нужен нам для потребления. Конечно же в дневное время он также отдает энергию для питания нагрузки в доме.

Я имею свой дом 100 кв.м . Сколько будут стоить ваши солнечные батареи для моего дома?

Во первых чтобы было понятно : одни только солнечные батареи не смогут обеспечить Вас электроэнергией. Комплект оборудования на основе солнечной энергии состоит из нескольких элементов : солнечные батареи ( определенное количество — рассчитывается), инвертор со встроенным контроллером ( или по раздельности) и аккумуляторные батареи. Если Вы используете сетевой инвертор , то аккумуляторные батареи не нужны , хотя сейчас появляются гибридные модели инверторов , которые работают с аккумуляторами , когда сеть неисправна , и в сетевом режиме без них — когда сеть исправна. То есть совмещают режим on grid и off grid.

Все это оборудование рассчитывается , подбирается и собирается как конструктор. В зависимости от требований заказчика.

По поводу площади дома. Прямой зависимости стоимости оборудования от площади дома нет. Понятно , что чем больше площадь дома , тем , возможно , больше электрооборудования в доме , но не обязательно.

Стоимость ( количество) оборудования зависит в основном от 2-х факторов :

1. Среднесуточное потребление электроэнергии в доме в КВТ-часах. Лучше рассматривать зимний период , когда потребление электроэнергии больше. Хотя бывает и на оборот : летом больше расход электроэнергии : обычно у кого в летний период работают мощные кондиционеры.

Среднесуточное потребление электроэнергии лучше всего высчитывать по счетчику. Взять разницу показаний за определенный период и разделить на количество дней в этом периоде. Например : взять разницу показаний за месяц и разделить на 30 ( 31) день.

2.Пиковая мощность. Это сумма мощностей всех электроприборов , которыми Вы пользуетесь в доме.

Когда будет полная информация по этим двум пунктам , после этого можно приступать к расчету оборудования и определения стоимости этого основного оборудования( солнечные батареи , аккумуляторы, инверторы и контроллеры). Надо добавить , что есть еще дополнительное оборудование , относительно недорогое , которые подбирается индивидуально , по месту : кабель для солнечных батарей, коннекторы МС4, автоматы , УЗИП , а также крепления для солнечных батарей.

Я хочу использовать электроэнергию от солнечных батарей для отопления частного дома при помощи электрического котла. Могу ли я это делать и сколько будет стоить оборудование ?

Надо отметить , что в зимние месяцы солнечная радиация на всей территории России намного меньше, чем весной и летом и , таким образом, солнечные батареи в зимний период не работают на полную мощность( из-за недостатка солнечной радиации). Сам световой день в декабре очень короткий, около 6 часов. Выработка электроэнергии от солнечных батарей зимой значительно снижается.

Но начиная с 15 февраля солнечная радиация начинает значительно увеличиваться. И достигает своего пика в мае, июне и июле. И затем опять идет на уменьшение.

Именно в зимние месяцы ( ноябрь, декабрь и январь) отдача от солнечной электростанции будет очень слабой ( за исключением региона Сочи или Забайкальский край , где достаточно солнечной энергии в зимний период). А в остальных регионах России свой эффект солнечная электростанция будет давать в период с февраля по ноябрь. Понятно, что обогрев дома требуется и в феврале , и в марте и в апреле, в некоторых регионах и в мае включают теплые полы. ООО «Чистая энергия» рекомендует использовать сетевые солнечные электростанции Энерговольт. Надо понимать , что сетевые солнечные электростанции не имеют аккумуляторов, энергию не накапливают , и вырабатывают только в дневное время, когда светит солнце. По сути , сетевая солнечная электростанция, она не заменяет полностью электрическую сеть , а только лишь в дневное время, помогает сокращать расходы электроэнергии.

Дополнительный бонус , который имеет сетевая солнечная электростанция , это возможность продавать излишки энергии в сеть. Огорчает то, что цена покупки у электросетей, не соответствует цене продажи в сеть. Разница может достигать 2-3 раза. В каждом регионе должны утвердить свои нормы. Получается , что надо продать в сеть 2 или 3 кВт*ч излишков электроэнергии от солнца , чтобы затем ночью или в зимний период получить «бесплатно» 1 кВт*ч электроэнергии от сетевой компании.

Какое количество электроэнергии содержит в себе полностью заряженный аккумулятор на 12 В и емкостью 100 Ач и для каких электроприборов этого достаточно?

Аккумулятор 12В 100Ач , содержит в себе около 1000 Втч ( или 1 КВтч) запасенной электроэнергии. Как рассчитывается? 12Вх100 Ач = 1200 Втч. Но учитывая , что при зарядке , при закаченных в него 1200 Втч ( или 1,2 Квтч) электроэнергии , мы сможем получить обратно на 10-15 процентов меньше. Так устроен АКБ. Поэтому примерно можно «выкачать» из полностью заряженного аккумулятора указанной емкости и напряжения около 1000 Втч ( или 1Квтч) электроэнергии. На что этого хватит? Например , одна светодиодная лампочка 10 Ватт на 12 Вольт будет гореть 100 часов подряд. 1000Втч /10Вт = 100 часов. Если мы используем лампочку на 220 Вольт , то за счет потерь на преобразователе ( инверторе ) будет уже не 100 часов , а около 90 часов, учитывая КПД преобразования из постоянного тока в переменный. Если у Вас газовый котел , то его потребление около 100-150Ватт в час. Значит время работы газового котла ( без других электроприборов) от полностью заряженного аккумулятора 12В 100 Ач , через инвертор ( преобразователь напряжения) в случае аварийного отключения электричества , будет около 6-7 часов. Надо отметить , что часто разряжать аккумулятор в «ноль» , на 100% — не рекомендуется. Это сильно укорачивает срок службы АКБ. К тому же не все аккумуляторы предназначены для циклического режима использования (постоянный ежедневный разряд-заряд) . Из свинцово-кислотных АКБ для циклического режима пригодны гелевые и OPzV. Также литиевые АКБ. У всех добросовестных производителей АКБ в спецификациях на аккумулятор указано в виде графика : сколько циклов разряда-заряда выдержит АКБ при разряде на 100% емкости, при разряде на 50% , при разряде на 30%. Каждый человек может ознакомится с этой информацией и сделать достойный выбор того или иного аккумулятора.

Наши контакты:

Автомобильный аккумулятор. Основные сведения про АКБ

Автомобильный аккумулятор – это ключевой источник энергии автомобиля, без которого невозможен последующий запуск двигателя. Эта деталь также известна под сокращенной аббревиатурой АКБ – аккумуляторная батарея или как его еще называют «аккум».

Ключевые компоненты

Внутри пластмассового корпуса аккумулятора находятся 6 небольших энерговырабатывающих, по 2 вольта электричества, блоков, состоящих их свинцовых пластин, которые покрыты кислотным веществом активного действия. И в каждом элементе по два набора электродов состоящие из 8-ми перекрывающихся пластин. Все вместе 16 пластинок формируют компактную сетку. Каждая пластина имеет определенную полярность: положительная покрыта двуокисью свинца, отрицательная – мелкопористыми молекулами свинца. Эти пластины залиты специальным электролитом — 65% воды и 35% серной кислоты.

Основные параметры автомобильных аккумуляторов

Маркировка

Емкость аккумулятора является ключевым показателям этой детали. Она измеряется в Ампер-часах. На корпусе АКБ, его емкость указывать индексом Ah. Например, в автомобиле стоит аккумулятор, емкостью 60 Ah, это значит, что он способен генерировать ток, мощностью в 1 Ампер на протяжении 60-ти часов. Не стоит полагать, что емкость устройства напрямую зависит от размеров АКБ. Некоторые аккумуляторы небольшого размера способны генерировать большую емкость.

Таблица соответствия емкости АКБ к объёму двигателя

Тем, кто задавался вопросом, какой аккумулятор выбрать для своего автомобиля, можно увидеть на иллюстрации соответствие номинальной емкости АКБ к объему двигателя.

Местонахождение детали

В большинстве случаев АКБ установлен под капотом автомобиля, возле его двигателя. В некоторых автомобилях, например, у VW Touareg, аккумулятор размещен под передним пассажирским креслом. Бывают случаи, когда АКБ устанавливается в багажнике. Это связанно с тем, что на износ аккумулятора негативно влияют как высокие, так и низкие температуры, а размещение детали в салоне авто уменьшает это влияние.

Аккумуляторная батарея работает в паре со стартером и генератором автомобиля. После запуска двигателя, вся автомобильная электроника работает от генератора, который также подзаряжает аккумулятор.

1 – аккумуляторная батарея; 2 – генератор; 3 – блок предохранителей и реле; 4 – зажигание; 5 – значок АКБ на панели приборов

Причины и признаки поломок

Неправильный уход и сервисное обслуживание могут стать причиной неисправности аккумулятора. Наиболее частые причины неисправностей, а также методы их устранения выглядят так:

1.

Сульфатация

В начале зарядки наблюдается повышенное напряжение на АКБ. Уже к концу зарядки электролит имеет низкую плотность и недостаточную емкость. Аккумулятор не получает ток в результате крупного кристаллического налета на пластинах.

Проверка напряжения аккумулятора должна производится хотя бы раз в полгода. Заряженная аккумуляторная батарея должна иметь напряжение не менее 12,5 Вольт.

Причины:

Во время эксплуатации АКБ получает нестабильную или недостаточную зарядку.
АКБ простаивает в разряженном состоянии.
Аккумулятор эксплуатируется с недостаточным уровнем электролита.
Вместо дистиллированной жидкости в АКБ был долит электролит.
АКБ постоянно эксплуатируется в неблагоприятных условиях – при высоких температурах.

Что делать?

С помощью 1-5 выравнивающих зарядов можно устранить незначительную сульфатацию. Если такие действия не дают нужного эффекта, то необходимо выполнить более трудоемкий ремонт, который детально описан в паспорте АКБ. К сожалению, сульфатация является необратимым процессом, поэтому это только временные решения проблемы.

2. Сильное окисление полюсных клемм

Стартер не крутиться и не запускает двигателя, но напряжение на выводах АКБ есть. Постоянно греются клеммы, что прекращает подачу тока или же поднимает сопротивления во всей цепи. Такая неисправность может даже статьи причиной неисправности всей электрики в автомобиле.

Каждые полгода очищайте клеммы аккумуляторной батареи проволочной щеткой.

Причины:

Причина очень банальная – давно не проводилась очистка клемм.

Что делать?

Прежде всего, нужно снять и почистить клеммы. Не забывайте про выводные штыри АКБ – их также необходимо очистить. После чистки – поставьте обратно клеммы и проследите, чтобы клемма крепко зашла на штыри и не двигалась. Чтобы в дальнейшем не допустить подобной проблемы, можно смазать клеммы специальным вазелином или соответствующим заменителем.

3. Короткое замыкание в аккумуляторе

Во время зарядки не увеличивается плотность электролита в АКБ. Наблюдается сильное выделение газов и повышенная температура электролита. Периодически снижается плотность электролита.

Причины:

Такой процесс вызван коротким замыканием, которое произошло в самом АКБ. Оно стает причиной осыпания активной массы и дальнейшего разрушения свинцовых пластин.

Что делать?

Этот дефект невозможно устранить. Необходимо менять АКБ.

4. Повышенная саморазрядка

Каждые 2-3 месяца проверяйте уровень электролита в аккумуляторе.

АКБ не держит заряда и быстро разряжается.

Причины:

Очень часто такое случается при загрязненных свинцовых пластинах или же при загрязненном электролите.

Что делать?

Прежде всего, необходимо тщательно протереть контакты АКБ и проверить состояние электролита. Если в этой жидкости будет грязь – обязательно залить новый электролит.

Когда нужно менять аккумулятор?

Не стоит торопиться менять эту важную деталь. Периодичность замены АКБ варьируется сроком от 3 до 5 лет. Это плановая замена, которая необходима для большинства аккумуляторов. Перед заменой этой детали, следует внимательно прочесть сервисную книжку на автомобиль, именно там должны быть указаны рабочие параметры АКБ для вашей машины.

Когда аккумулятор вашего авто слишком быстро садится, то это не всегда указывает что его строк службы подходит к концу, в таком случае сначала нужно проверить ток утечки — не более 10 мА считается нормой.

Как проверить аккумулятор

Проверка аккумуляторов

Измерив плотность электролита, и токовую нагрузку можно делать выводы о потребности в дополнительной зарядке АКБ.

Если аккумулятора заряжен полностью — плотность электролита по показаниям ареометра должно составлять 1,28 г/куб. см.; при половинной разрядке около 1,20 г/куб. см.; если полностью сел, то плотность просядет до 1,10 г/куб. см. Причем разность по показаниях в каждой банке аккумулятора не должен быть выше ±0,01 г/куб. см.

Ток нагрузки измеряется мультиметром используя нагрузочную вилку. Чтобы снять показания о состоянии автомобильного аккумулятора нужно включить дальний свет и померить напряжение. Полностью заряженный аккумулятор будет показывать около 11,2 В. А при запуске двигателя оно не должно просаживаться меньше чем 9,5 В. Когда оно ниже указанного — это свидетельствует либо о частичном разряде, либо о неисправностях стартера.

Восстановление АКБ

Как восстановить автомобильный аккумулятор?

Чтобы попытаться самостоятельно восстановить работоспособность аккумулятора автомобиля воспользуйтесь рекомендациями приведенных у видео ролике:

Как правильно заряжать аккумулятор

Проверив АКБ таким образом можно приступать к зарядке. А чтобы сделать это правильно рекомендуется придерживаться таких рекомендаций:

Правильная зарядка АКБ

Аккумулятор должен быть чистым, поэтому если есть грязь — очищаем.
Осматриваем на наличие механических повреждений.
Открываем пробки аккумуляторной батареи, чтобы оценить уровень электролита в каждой из них. Если его уровень, ниже положенного, следует долить дистиллированной водой.
При проверке перед зарядкой обращайте внимание на цвет электролита. Он должен быть полностью прозрачным. Когда в электролита имеется оттенок или осадок, то его следует полностью заменить, такой электролит не пригоден к зарядке.

При подключении зарядного устройства стоит сначала подсоединить клеммы зарядки к аккумулятору, и затем включать зарядное устройство в сеть.

Существует 3 метода зарядки:

Зарядка постоянным напряжением. Такой метод является наиболее безопасным и щадящим к батарее.

Чтобы обеспечить 100% зарядку батареи, зарядное устройство должно выдавать 16,0 — 16,5В на выходе.

Применение постоянного тока. Использование этого способа требует постоянного контроля. Поскольку очень важно контролировать силу тока, чтобы она была 1/10 от емкости аккумулятора. Время которое он должен заряжаться рассчитывают по формуле: емкость/на значение тока заряда * на 1.2 = времени зарядки.

Следует быть предельно осторожным, поскольку заключительный этап сопровождается «кипением» электролита в банках АКБ и обильным выделением из него газа.

Комбинированным методом. Наиболее популярный. Он подразумевает, что аккум сразу заряжается постоянным током, а в конце постоянным напряжением. Так как весь процесс происходит автоматически, такой метод не требует контроля. Устройство самостоятельно отключается после полного заряда.

При зарядке аккумулятора автомобиля рекомендуется отдавать предпочтение полной и тщательной зарядке аккумулятора, это сохранит функционал и продлит строк службы.

Время зарядки АКБ

При зарядке аккумулятора автомобиля нужно ориентироваться на амперметр или индикатор зарядного устройства, поскольку время продолжительности зарядки зависит от состояния батареи, метода заряда и качества зарядного устройства.

Напряжение на клеммах заряженного аккумулятора должно составлять 14,4В. Спустя нескольких часов после зарядки, 100 процентно заряженный аккум, будет показывать 12,6.

Правильная эксплуатация АКБ

Обслуживание и уход за аккумулятором

Проводите регулярный внешний осмотр. Это позволить вовремя обнаруживать появившиеся изъяны в следствие эксплуатации (особенно в зимнее и летнее время).
Серьезно относитесь к мерам безопасности при «прикуривании». Подключайте провода к клеммам в строго определенной последовательности: cразу «минуc», потом «плюс», а снимать стоит в обратном порядке. Так же оставлять включенное зажигание на «доноре» не рекомендуется, ведь такая ошибка может повлечь за собой выход из строя электрики.
Нужно следить за состоянием электрооборудования. Какая либо неисправность генератора, реле или других узлов, стоящих в цепи с аккумулятором, может приводить к разряду.
Критическое просаживание АКБ сокращает строк службы. Старайтесь не оставлять на длительное время свет в салоне, включенные фары или пользоваться другим электрооборудованием при не работающем двигателе!
Хорошо закрепляйте батарею, чтобы вовремя движения по неровностям дорожного покрытия тряска не повредила аккумулятор.
Клеммы АКБ и корпус должны быть всегда чистыми. С особым вниманием отнеситесь к появлению окиси. Онa поможет свидетельствовать o недостаточно хорошем контакте клемм.
При запуске двигателя не крутите стартером белее 20-30 ceк. за раз.
Периодически производите зарядку устройством, даже если видимы причин на то нет. Поскольку как правило, в городском режиме, автомобилем пользуются на коротких дистанциях, и малых оборотов, при таких кратких поездках, недостаточно чтобы восстановить емкость АКБ от генератора.

Часто задаваемые вопросы

Причины и признаки поломок АКБ?

Всего может быть 4 основные причины выхода из строя автомобильного аккумулятора и все они связаны с плохим обслуживанием самим автовладельцем (не соблюдаются правила зарядки, осмотра и контроля). По признакам сбоев в работе можно приблизительно определить из-за чего это произошло.
— Понять что в аккумуляторной батарее происходит сульфатация можно по показаниям мультиметра во время зарядки. Сначала у АКБ будет повышенное напряжение, а потом измерения покажут малую плотность электролита и недостаточную емкость. А также симптомом такого процесса является чрезмерное выделения газов и повышение температуры во время зарядки. Происходит это когда АКБ регулярно перезаряжается, недостаточно заряжается или долго простаивает разряженным.
— Во время зарядки не повышается плотность электролита или он вообще не греется во время зарядки, значит внутри случилось короткое замыкание пластин.
— Постоянная быстрая разрядка АКБ говорит о нескольких причинах: внутри аккумулятора много осадка, который там появляется при разрушении пластин, произошла сульфатация, происходит утечка тока (в том числе по корпусу батареи когда она грязная).
— Сбои в работе генератора (слабый ремень, поврежденное реле-регулятор либо проблема с диодным мостом) приводят к недозаряду либо перезаряду аккумулятора, а соответственно сокращению его ресурса.
Как правильно пользоваться АКБ?

Регулярно осматривайте АКБ на предмет повреждений, вздутий, чистоты корпуса и клемм. Очищайте корпус АКБ, а также его клеммы содовым раствором. Не забывайте следить за электрооборудованием своей машины. Неисправные агрегаты могут “красть” заряд. Проверяйте силу затяжки и надежно затягивайте все крепления. Тряска может ему навредить. Регулярно подзаряжайте от стационарного устройства. Не оставляйте надолго включенное электрооборудование или свет без заведенного двигателя.
Когда нужно менять аккумулятор?

АКБ меняется по мере того, как перестает выполнять свои функции. Чаще всего это происходит зимой, когда морозы и более частое использование добивают “умирающий” АКБ. Средний срок службы батарей — 3-5 лет. Если осенью заметили быстрый разряд батареи, то рекомендуется ее менять, чтобы в мороз вы смогли без проблем запустить двигатель.
Как расшифровать цифры на аккумуляторе?

Основные цифры на аккумуляторе идут вместе с буквенными обозначениями Ah (Ампер-часы) и А (Ампер). Цифры 65 Ah означают, что емкость АКБ составляет 65 Ампер-часов. Это основная характеристика при подборе аккумулятора. Цифры 550 А означают, что эта батарея при температуре -18°С за 10 секунд может отдать 550 Ампер тока. Подробная расшифровка обозначений на АКБ будут зависеть от производителя и стандарта маркировки.

Связанные термины

какие параметры аккумуляторных батарей нужно проверять и как это сделать?

При использовании аккумуляторных батарей на любых объектах, особенно в системах бесперебойного питания, за их состоянием нужно следить и регулярно проводить проверки. В этом материале мы рассмотрим основные параметры АКБ, а также рассмотрим, какими приборами и как можно провести их контроль и проверку!

Основная задача при проверке состояния любой аккумуляторной батареи – выяснить, обладает ли она достаточной емкостью, может ли обеспечить заявленные производителем характеристики в течение необходимого времени. Однако непосредственно средствами измерения определяются только несколько основных параметров – напряжение, сила тока. В обслуживаемых аккумуляторах можно также замерить плотность электролита. Измерения можно проводить неоднократно, фиксируя изменение значений с течением времени. Все остальные параметры и характеристики не измеряются напрямую, а выводятся по разработанной изготовителем методике, причем она зависит и от типа АКБ, и от рекомендаций производителя, и от вида подключенной нагрузки. При этом необходимо учитывать, что многие зависимости, характеризующие работу АКБ, носят нелинейный характер. Могут сказываться и другие факторы, например, влияние температуры.

При выполнении краткосрочных измерений при использовании даже самых совершенных методик тестирование носит не точный количественный, а качественный характер. Единственный достоверный способ измерения емкости АКБ – его полная разрядка в течение многих часов с тщательной фиксацией параметров в ходе всего процесса. Но использовать столь продолжительную процедуру на практике можно далеко не всегда, особенно если батарей много. Тем не менее, и краткосрочных оценочных измерений достаточно для того, чтобы отличить работоспособный аккумулятор от изношенного, утратившего емкость, и вовремя произвести замену АКБ.

Способы проверки АКБ

1. Подключение нагрузки

К АКБ на некоторое время подключается рабочая или второстепенная нагрузка той или иной величины. Вольтметром или мультиметром измеряется падение напряжения. Если процедура выполняется несколько раз, между измерениями выжидается определенное время, чтобы батарея восстановилась. Полученные данные сопоставляются с параметрами, заявленными производителем АКБ для данного типа батареи и данной величины нагрузки.

2. Измерения при помощи нагрузочной вилки

Строение простейшей нагрузочной вилки показано на схеме:

Устройство оснащено вольтметром, параллельно которому установлен большой по мощности нагрузочный резистор, и имеет два щупа. В старых моделях вольтметры аналоговые; новые модели, как правило, оснащены ЖК-дисплеем и цифровым вольтметром. Существуют нагрузочные вилки с усложненной схемой, использующие несколько нагрузочных спиралей (сменных сопротивлений), рассчитанные на разные диапазоны измерения напряжений, предназначенные для тестирования кислотных либо щелочных аккумуляторов. Есть даже вилки, которыми тестируют отдельные банки аккумуляторов. В состав продвинутых устройств помимо вольтметра может входить амперметр.

Получаемые при измерениях данные также необходимо сопоставлять с параметрами, заявленными производителями для данного типа батарей и данного сопротивления.

3. Измерения при помощи специальных устройств, тестеров анализаторов АКБ

Приборы Кулон

Принципиальным развитием идеи нагрузочной вилки можно считать семейство цифровых приборов-тестеров Кулон (Кулон-12/6f, Кулон-12m, Кулон-12n и другие) для проверки состояния свинцовых кислотных аккумуляторов, а также другие подобные устройства. Они позволяют проводить быстрые замеры напряжения, приближенно определять емкость АКБ без контрольного разряда и сохранять в памяти несколько сотен, а иногда и тысяч измерений.

Приборы Кулон питаются от аккумулятора, на котором проводятся измерения. Входящие в комплект провода с разъемами «крокодил» имеют части, изолированные друг от друга, что обеспечивает четырехзажимное подключение к аккумулятору и устраняет влияние на показания прибора сопротивления в точках подключения зажимов. По заявлению разработчика, прибор анализирует отклик аккумулятора на тестовый сигнал специальной формы, при этом измеряемый параметр примерно пропорционален площади активной поверхности пластин аккумулятора и, таким образом, характеризует его емкость. Фактически, точность показаний зависит от достоверности методики, разработанной производителем.

Емкость аккумулятора – электрический заряд, отдаваемый полностью заряженным аккумулятором – измеряется в ампер-часах и представляет собой произведение тока разряда на время. Для точного определения емкости необходимо произвести разряд батареи (процесс длительный, многочасовой), постоянно фиксируя величину заряда, отдаваемого батареей. При этом относительная емкость АКБ в зависимости от времени изменяется нелинейно. Например, для аккумуляторной батареи типа LCL-12V33AP относительная емкость меняется со временем следующим образом:

Время разряда, часы	Относительная емкость, %
0,1	37
1,3	48
0,7	53
1,9	76
4,2	84
9,2	92
20	100

Прибор Кулон при помощи быстрого измерения ориентировочно определяет емкость полностью заряженного аккумулятора. Он не предназначен для оценки степени заряженности АКБ, все измерения необходимо проводить на полностью заряженной батарее. Устройство кратковременно подает тестовый сигнал, регистрирует отклик от батареи и через несколько секунд выдает ориентировочную емкость АКБ в ампер-часах. Одновременно на экран выводится измеренное напряжение. Полученные значения можно сохранять в памяти прибора.

Производитель подчеркивает, что устройство не является прецизионным измерителем, но позволяет оценочно определять емкость свинцовой кислотной батареи, особенно если пользователь самостоятельно откалибровал прибор при помощи аккумулятора такого же типа, что и тестируемый, но с известной емкостью. Процедура калибровки подробно изложена в инструкции к прибору.

Тестеры PITE

Следующая разновидность устройств для тестирования АКБ – тестеры PITE: модель PITE 3915 для измерения внутреннего сопротивления и модель PITE 3918 для оценки проводимости батарей.

Управление осуществляется при помощи цветного сенсорного экрана, но основные управляющие кнопки вынесены на клавиатуру в нижней части корпуса. Прибором можно тестировать батареи емкостью от 5 до 6000 А·ч, с элементами аккумулятора 1.2 В, 2 В, 6 В и 12 В. Диапазон измерения напряжения – от 0.000 В до 16 В, сопротивления – от 0.00 до 100 мОм. Прибор позволяет задать тип проверяемых батарей, выполнить измерение напряжения и сопротивления (модель 3915) или напряжения и проводимости (модель 3918), и на их основании судить о том, соответствует емкость батареи заявленной производителем или нет. При этом параметр Capacity (емкость батареи) выводится в процентах.

Интерфейс прибора позволяет проводить как одиночные измерения, так и последовательные (до 254 измерений в каждой последовательности, совокупное количество результатов более 3000), что удобно при проверке большого количества однотипных АКБ (в последнем случае результаты сохраняются автоматически, помимо данных в них фиксируется также порядковый номер измерения). В зависимости от настроек прибор может использовать для выдачи результата (статуса Good, Pass, Warning или Failed) собственные критерии либо значения, заданные пользователем. Результаты тестирования через порт USB могут быть перенесены на компьютер для просмотра и последующей подготовки отчетов.

Анализаторы Fluke

Более глубокое развитие той же идеи – приборы Fluke Battery Analyzer серии 500 (BT 510, BT 520, BT 521), которые позволяют измерять и сохранять в памяти напряжение, внутреннее сопротивление стационарной батареи, температуру минусовой клеммы, напряжение при разрядке. При наличии дополнительных аксессуаров можно измерять и сохранять в памяти и другие параметры. Тесты можно проводить как в режиме отдельных измерений, так и в последовательном режиме; используя настраиваемые профили. Есть возможность задать пороговые значения для различных параметров. Встроенный порт USB позволяет передавать собранные записи (до 999 записей каждого типа) на компьютер для подготовки отчетов с помощью программного обеспечения Analyze Software, входящего в комплект поставки.

Щупы прибора имеют специальную конструкцию: внутренний подпружиненный контакт предназначен для измерения тока, внешний – для измерения напряжения. Если на щуп надавить, внутренний наконечник смещается внутрь таким образом, что оба контакта каждого щупа касаются поверхности одновременно. В результате одни и те же щупы позволяют организовать как 2-проводное, так и 4-проводное подключение к полюсам батареи (последнее необходимо для измерения Кельвина).

Прибор позволяет измерять следующие параметры:
Внутреннее сопротивление батареи (измерение занимает менее 3 с).
Напряжение батареи (производится одновременно с измерением внутреннего сопротивления)
Температура минусовой клеммы (рядом с черным наконечником на щупе BTL21 Interactive Test Probe предусмотрен ИК-датчик)
Напряжение при разрядке (определяется несколько раз в ходе разрядки или во время теста на нагрузку)

Также возможно измерение пульсирующего напряжения, измерение переменного и постоянного тока (при наличии токовых клещей и адаптера), выполнение функций мультиметра. С анализаторами Fluke можно использовать интерактивный тестовый щуп BTL21 Interactive Test Probe со встроенным датчиком температуры. С приборами совместимо большое разнообразие дополнительных аксессуаров (токовые клещи, удлинители разного размера, съемный фонарик и т. п.).

Хотя прибор обладает богатым функционалом, ключевым этапом в определении состояния АКБ остается сопоставление измеренных показателей с расчетными или заданными изготовителем для данного конкретного типа батарей. Устройства Fluke Battery Analyzer серии 500 удобны для массовой инспекции состояния батарей. Последовательный режим и система профилей позволяют выполнять необходимые измерения одно за другим, результаты запоминаются прибором и хранятся в упорядоченной форме, последовательно пронумерованные и разбитые на группы. Но прибор не имеет функции прямого или косвенного измерения емкости АКБ в ампер-часах – хотя бы потому, что для батарей разного типа на сегодняшний день вряд ли возможно разработать единую точную методику такого определения.

Все перечисленные выше устройства, хоть и отличаются друг от друга по размеру, относятся к классу портативных. В отдельную группу можно выделить стационарные комплексы для проверки АКБ, которые могут проводить быстрые испытания с определением внутреннего сопротивления, контролировать все параметры, включая активную и реактивную составляющие сопротивления, управлять процессом разряда/заряда и т. п. Подобные комплексы адресованы скорее исследовательским лабораториям, промышленным производителям АКБ и разработчикам нового оборудования, чем конечным пользователям.

Анализаторы Vencon

Промежуточное положение занимает анализатор Vencon UBA5, предназначенный для работы с аккумуляторными батареями, используемыми в портативных средствах связи (мобильных телефонах, носимых радиостанциях, разнообразных гаджетах и т. п.), портативных инструментах и других устройствах напряжением до 18.5 В, емкостью от 10 мА·ч до 100 А·ч. Анализатор Vencon UBA5 совмещен с зарядным устройством и может использоваться в ремонтных мастерских, центрах обслуживания компьютерной техники, мобильной электроники и других устройств.

Прибор предназначен для различных типов АКБ (никель-кадмиевых, никель-металл-гидридных, литий-ионных, литий-полимерных, свинцовых кислотных и др.), позволяет задавать токи зарядки и разрядки, изменять алгоритмы работы устройства, тестировать емкость батарей при помощи однократных и многократных измерений, сохранять результаты измерений в памяти и выводить их через порт USB, готовить графические отчеты при помощи программного обеспечения.

Характерная особенность устройства – два измерительных канала (по 2 измерительных провода каждый), причем для проведения различных измерений их можно комбинировать, в том числе и от нескольких устройств UBA5. Дополнительно могут заказываться датчики температуры.

Прибор способен генерировать зарядный ток до 2А на каждом канале, ток нагрузки – до 3А (45 Вт) на каждом канале (в комплект входит адаптер питания). Более точные характеристики зависят от конкретной модели устройства – в серию UBA5 входит 5 различных моделей приборов.

В данном типе прибора, как и во всех описанных ранее, ключевым для определения состояния батареи является сопоставление измеренных показателей с параметрами, заявленными производителями АКБ.

4. Полная разрядка/зарядка

На сегодняшний день полная разрядка и зарядка – это единственный прямой и максимально достоверный способ определения емкости АКБ. Специализированные устройства контроля разряда/заряда батареи (УКРЗ) позволяют выполнить глубокую разрядку и последующую полную зарядку батареи с постоянным контролем емкости. Однако эта процедура занимает очень много времени: 15-17-20-24 часа, иногда и более суток, в зависимости от емкости и текущего состояния батареи. Хотя метод дает наиболее точные результаты, из-за временных затрат его применение ограничено.

5. Измерение плотности электролита

В обслуживаемых аккумуляторах для определения их состояния можно измерять плотность электролита, поскольку между этим параметром и емкостью АКБ существует непосредственная зависимость. Плотность электролита может меняться в силу разных причин, которые вдобавок взаимосвязаны (частый глубокий разряд батареи, сульфатация, неоптимальная плотность электролита, испарение и утечка раствора и т. д.). Аккумулятор начинает быстрее разряжаться, отдает меньше заряд. При этом необходимо понимать, что плотность электролита даже в исправном аккумуляторе, находящемся в идеальном состоянии – не константа, она меняется с температурой и степенью зарядки аккумулятора. Более того, для разных регионов рекомендованная плотность электролита отличается в зависимости от типовых климатических условий.

Результаты измерения плотности ареометром можно сопоставить со следующей диаграммой для кислотных аккумуляторов.

В зависимости от того, больше или меньше плотность электролита, чем требуемая (а для батареи вредно отклонение и в ту, и в другую сторону), можно частично или полностью заменить электролит, залить дистиллированную воду или раствор необходимой концентрации, обязательно обеспечив перемешивание. Как и при использовании всех ранее описанных способов проверки состояния АКБ ключевым является сопоставление измеренных значений с рекомендациями производителя батареи и следование всем предусмотренным процедурам обслуживания.

Выводы

Каждый способ определения текущего состояния аккумуляторной батареи имеет свои преимущества и недостатки. Каким из них пользоваться – зависит от ваших задач и возможностей. Сориентироваться вам поможет эта сводная таблица.

Способ определения состояния АКБ	Преимущества	Недостатки
Подкл ючение нагрузки	Достаточно реалистичные результаты без использования специализированного оборудования	Времязатратность при многократных измерениях Измеренные параметры документируются вручную
Нагрузочная вилка, специализированные анализаторы и тестеры	Портативность устройств Простота использования Быстрое проведение измерений, особенно многократных Некоторые модели способны проводить измерения без выведения АКБ из режима эксплуатации Специализированные модели позволяют сохранять результаты и переносить их на компьютер для подготовки отчетов	Часть параметров АКБ определяется по косвенным методикам Оценочная точность измерений
Полный разряд/заряд	Единственный достоверный способ оценки емкости АКБ	Очень продолжительная процедура – многие часы, иногда сутки
Измерение плотности электролита ρ	Непосредственное определение состояния батареи по концентрации электролита	Способ применяется только для обслуживаемых батарей

Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.

Как работает аккумулятор — принцип работы АКБ простыми словами

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

Как работает аккумулятор (АКБ)

Понятие аккумулятор и его устройство

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

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

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

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

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

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

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

Устройство аккумулятора

Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде

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

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

Заряд и разряд аккумулятора

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

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

Общее устройство и маркировка аккумуляторных батарей

Работа аккумулятора при заряде

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

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

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

Способы соединения аккумуляторов (как работает аккумулятор)

Параллельное соединение (как работает аккумулятор)

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

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

Последовательное соединение (как работает аккумулятор)

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

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

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

Устройство кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

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

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

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

Компоновка АКБ

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

Компоновка кислотной аккумуляторной батареи (АКБ)

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

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

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

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

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

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

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

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

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

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

Виды АКБ

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

Классификация батарей по типу электролита

Электролиты бывают кислотными и щелочными.

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

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

Как работает аккумулятор — АКБ

Как работает аккумулятор (АКБ)

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

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

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

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

Материалы АКБ

Пластины

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

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

Сепараторы

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

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

Литий-ионные аккумуляторы

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

Литий-ионные аккумуляторы

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

Электролит

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

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

Гелевые электролиты

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

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

Графен-полимерные аккумуляторы

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

Графен-полимерные аккумуляторы

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

Основные технические характеристики аккумуляторов

Технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

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

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

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

Пусковой ток

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

Полярность

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

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

Прямая и обратная полярность АКБ

Устройство корпуса

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

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

Российский стандарт АКБ

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

Аккумулятор (АКБ) ALPHALINE 60 Ач

Тип крепления аккумулятора

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

Тип крепления на АКБ

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

Выступ для фиксации АКБ

Заключение

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

Как работает аккумулятор (АКБ)

Как работает аккумулятор — Любопытно

Представьте себе мир без батарей. Все портативные устройства, от которых мы так зависим, были бы настолько ограничены! Мы сможем доставить наши ноутбуки и телефоны настолько далеко, насколько это досягаемо для их кабелей, что сделает это новое работающее приложение, которое вы только что загрузили на свой телефон, практически бесполезным.

К счастью, батарейки у нас есть. Еще в 150 г. до н.э. в Месопотамии парфянская культура использовала устройство, известное как багдадская батарея, сделанное из медных и железных электродов с уксусом или лимонной кислотой.Археологи считают, что на самом деле это не батареи, а в основном они использовались для религиозных церемоний.

Изобретение батареи в том виде, в котором мы ее знаем, приписывают итальянскому ученому Алессандро Вольта, который собрал первую батарею, чтобы доказать свою точку зрения другому итальянскому ученому Луиджи Гальвани. В 1780 году Гальвани показал, что лапы лягушек, подвешенных на железных или латунных крючках, подергиваются при прикосновении к зонду из другого металла. Он считал, что это было вызвано электричеством из тканей лягушек, и называл это «животным электричеством».

Луиджи Гальвани обнаружил, что лапы лягушек, подвешенных на латунных крючках, дергались, когда их ткнули зондом из другого металла. Он думал, что эта реакция была вызвана «животным электричеством» внутри лягушки. Источник изображения: Луиджи Гальвани / Wikimedia Commons.

Вольта, первоначально впечатленный открытиями Гальвани, пришел к выводу, что электрический ток исходит от двух разных типов металла (крючки, на которых висели лягушки, и другой металл зонда) и просто передается через них, а не через них. из тканей лягушек.Он экспериментировал со стопками слоев серебра и цинка, перемежаемых слоями ткани или бумаги, пропитанной соленой водой, и обнаружил, что электрический ток действительно протекает через провод, приложенный к обоим концам стопки.

Батарея Алессандро Вольта: куча цинковых и серебряных листов, перемеженных тканью или бумагой, пропитанной соленой водой. Представьте, что вы используете это для питания вашего телефона. Источник изображения: Луиджи Кьеза / Wikimedia Commons.

Volta также обнаружил, что, используя различные металлы в свае, можно увеличить количество напряжения.Он описал свои открытия в письме Джозефу Бэнксу, тогдашнему президенту Лондонского королевского общества, в 1800 году. Это было довольно большое дело (Наполеон был весьма впечатлен!), И его изобретение принесло ему устойчивое признание в честь «вольта». ‘(мера электрического потенциала), названная в его честь.

Я сам, шутя в сторону, поражен тем, как мои старые и новые открытия … чистого и простого электричества, вызванного контактом металлов, могли вызвать такое волнение. Алессандро Вольта

Так что же именно происходило с этими слоями цинка и серебра и действительно с подергивающимися лягушачьими лапами?

Химия батареи

Батарея — это устройство, которое накапливает химическую энергию и преобразует ее в электричество.Это известно как электрохимия, а система, лежащая в основе батареи, называется электрохимическим элементом. Батарея может состоять из одного или нескольких (как в оригинальной кучке Вольты) электрохимических ячеек. Каждая электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, разделенных электролитом.

Итак, откуда электрохимический элемент получает электричество? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно знать, что такое электричество. Проще говоря, электричество — это тип энергии, производимый потоком электронов.В электрохимической ячейке электроны образуются в результате химической реакции, которая происходит на одном электроде (подробнее об электродах ниже!), А затем они перетекают на другой электрод, где расходуются. Чтобы понять это правильно, нам нужно внимательнее изучить компоненты клетки и то, как они устроены вместе.

Электроды

Чтобы создать поток электронов, вам нужно где-то, чтобы электроны текли с из , а где-то электроны текли с по .Это электроды ячейки. Электроны текут от одного электрода, называемого анодом (или отрицательным электродом), к другому электроду, называемому катодом (положительный электрод). Как правило, это разные типы металлов или другие химические соединения.

В котле Вольта анодом служил цинк, от которого электроны текли по проволоке (при соединении) с серебром, которое было катодом батареи. Он сложил много этих ячеек вместе, чтобы получилась общая куча, и поднял напряжение.

Но откуда анод вообще берет все эти электроны? И почему они так счастливы, что их отправили в веселый путь к катоду? Все сводится к химии, происходящей внутри клетки.

Нам нужно понять несколько химических реакций. На аноде электрод вступает в реакцию с электролитом, в результате чего образуются электроны. Эти электроны накапливаются на аноде. Между тем, на катоде одновременно происходит другая химическая реакция, которая позволяет этому электроду принимать электроны.

Технический химический термин, обозначающий реакцию, которая включает обмен электронами, — это реакция окисления-восстановления, обычно называемая окислительно-восстановительной реакцией. Вся реакция может быть разделена на две половинные реакции, и в случае электрохимической ячейки одна полуреакция происходит на аноде, а другая — на катоде. Уменьшение — это усиление электронов, и это то, что происходит на катоде; мы говорим, что катод восстанавливается во время реакции. Окисление — это потеря электронов, поэтому мы говорим, что анод окисляется.

Каждая из этих реакций имеет определенный стандартный потенциал. Думайте об этой характеристике как о способности / эффективности реакции либо производить, либо поглощать электроны — ее силу в электронном перетягивании каната.

Стандартные потенциалы для полуреакций
Ниже приведен список половинных реакций, которые включают высвобождение электронов из чистого элемента или химического соединения. Рядом с реакцией указано число (E ⁰), которое сравнивает силу электрохимического потенциала реакции с силой готовности водорода расстаться со своим электроном (если вы посмотрите вниз по списку, вы увидите, что водородная полуреакция имеет нулевое значение E ⁰).E ⁰ измеряется в вольтах.
Причина, по которой этот список настолько интересен, заключается в том, что если вы выберете две реакции из списка и объедините их в электрохимическую ячейку, значения E ⁰ скажут вам, в каком направлении будет протекать общая реакция: реакция с более отрицательной реакцией. Значение E ⁰ отдает свои электроны другой реакции, и это определяет анод и катод вашей ячейки. Разница между двумя значениями E ⁰ говорит вам об электрохимическом потенциале вашего элемента, который в основном представляет собой напряжение элемента.
Итак, если вы возьмете литий и фторид и сумеете объединить их, чтобы сделать элемент батареи, у вас будет самое высокое напряжение, теоретически достижимое для электрохимического элемента. Этот список также объясняет, почему в котле Вольта цинк был анодом, а серебро — катодом: полуреакция цинка имеет более низкое (более отрицательное) значение E ⁰ (-0,7618), чем полуреакция серебра (0,7996). .
Источник: UC Davis ChemWiki

Любые два проводящих материала, которые вступают в реакцию с разными стандартными потенциалами, могут образовывать электрохимическую ячейку, потому что более сильный из них сможет забирать электроны у более слабого.Но идеальным выбором для анода был бы материал, который вызывает реакцию со значительно более низким (более отрицательным) стандартным потенциалом, чем материал, который вы выбираете для своего катода. В итоге мы получаем электроны, притягивающиеся к катоду от анода (и анод не очень сильно пытается бороться), и, когда у нас есть легкий путь, чтобы добраться туда — проводящий провод, мы можем использовать их энергию для обеспечения электрического питание нашего фонарика, телефона или чего-то еще.

Разница в стандартном потенциале между электродами как бы равна силе, с которой электроны перемещаются между двумя электродами.Это известно как общий электрохимический потенциал ячейки, и он определяет напряжение ячейки. Чем больше разница, тем больше электрохимический потенциал и выше напряжение.

Чтобы увеличить напряжение аккумулятора, у нас есть два варианта. Мы могли бы выбрать для наших электродов другие материалы, которые придадут ячейке больший электрохимический потенциал. Или мы можем сложить несколько ячеек вместе. Когда элементы объединяются определенным образом (последовательно), это оказывает аддитивное влияние на напряжение батареи.По сути, силу, с которой электроны движутся через батарею, можно рассматривать как общую силу, когда они движутся от анода первого элемента на всем пути, сколько бы ячеек ни содержала батарея, к катоду последнего элемента.

Когда элементы объединяются другим способом (параллельно), это увеличивает возможный ток батареи, который можно рассматривать как общее количество электронов, протекающих через элементы, но не ее напряжение.

Электролит

Но электроды — это всего лишь часть батареи.Помните обрывки бумаги Вольты, пропитанные соленой водой? Соленая вода была электролитом, еще одной важной частью картины. Электролит может быть жидкостью, гелем или твердым веществом, но он должен обеспечивать движение заряженных ионов.

Электронов имеют отрицательный заряд, и поскольку мы посылаем поток отрицательных электронов по нашей цепи, нам нужен способ уравновесить это движение заряда. Электролит обеспечивает среду, через которую могут протекать положительные ионы, уравновешивающие заряд.

Поскольку химическая реакция на аноде производит электроны, для поддержания баланса нейтрального заряда на электроде также производится соответствующее количество положительно заряженных ионов. Они не проходят по внешнему проводу (только для электронов!), А попадают в электролит.

В то же время катод должен также уравновешивать отрицательный заряд электронов, которые он получает, поэтому реакция, которая здесь происходит, должна притягивать положительно заряженные ионы из электролита (альтернативно, он также может высвобождать отрицательно заряженные ионы из электрода в электролит. электролит).

Итак, в то время как внешний провод обеспечивает путь для потока отрицательно заряженных электронов, электролит обеспечивает путь для переноса положительно заряженных ионов, чтобы уравновесить отрицательный поток. Этот поток положительно заряженных ионов так же важен, как и электроны, обеспечивающие электрический ток во внешней цепи, которую мы используем для питания наших устройств. Роль балансировки заряда, которую они выполняют, необходима для поддержания протекания всей реакции.

Так вот, если бы все ионы, высвобожденные в электролит, могли полностью свободно перемещаться через электролит, они в конечном итоге покрыли бы поверхности электродов и забили бы всю систему.Таким образом, в клетке обычно есть какой-то барьер, чтобы этого не произошло.

При использовании аккумулятора возникает ситуация, когда происходит непрерывный поток электронов (через внешнюю цепь) и положительно заряженных ионов (через электролит). Если этот непрерывный поток остановлен — если цепь разомкнута, например, когда ваш фонарик выключен — поток электронов остановлен. Заряды будут накапливаться, и химические реакции, приводящие в движение аккумулятор, прекратятся.

По мере использования батареи и протекания реакций на обоих электродах возникают новые химические продукты.Эти продукты реакции могут создавать своего рода сопротивление, которое может помешать продолжению реакции с такой же эффективностью. Когда это сопротивление становится слишком большим, реакция замедляется. Электронное перетягивание каната между катодом и анодом также теряет свою силу, и электроны перестают течь. Аккумулятор медленно разряжается.

Зарядка аккумулятора

Некоторые распространенные батареи предназначены только для одноразового использования (так называемые первичные или одноразовые батареи).Электроны перемещаются от анода к катоду в одну сторону. Либо их электроды истощаются по мере того, как они выделяют свои положительные или отрицательные ионы в электролит, либо накопление продуктов реакции на электродах препятствует продолжению реакции, и это делается и вытирается пыль. Батарея оказывается в мусорном ведре (или, надеюсь, на переработку, но это уже другая тема Nova).

Но. Изящная вещь в этом потоке ионов и электронов, который имеет место в некоторых типах батарей с соответствующими материалами электродов, заключается в том, что он также может двигаться в обратном направлении, возвращая нашу батарею в исходную точку и давая ей совершенно новую жизнь. .Подобно тому, как батареи изменили способ использования различных электрических устройств, аккумуляторные батареи еще больше изменили полезность этих устройств и их продолжительность жизни.

Когда мы подключаем почти разряженную батарею к внешнему источнику электричества и отправляем энергию обратно в батарею, происходит обратная химическая реакция, которая произошла во время разряда. Это отправляет положительные ионы, выпущенные из анода, в электролит, обратно к аноду, а электроны, которые катод принимает, также обратно к аноду.Возврат как положительных ионов, так и электронов обратно в анод подготавливает систему, так что она снова готова к работе: ваша батарея заряжена.

Однако процесс не идеален. Замена отрицательных и положительных ионов электролита обратно на соответствующий электрод при перезарядке аккумулятора не такая аккуратная и не такая хорошо структурированная, как электрод вначале. Каждый цикл зарядки еще больше ухудшает состояние электродов, а это означает, что батарея со временем теряет производительность, поэтому даже аккумуляторные батареи не могут работать вечно.

В течение нескольких циклов зарядки и разрядки форма кристаллов аккумулятора становится менее упорядоченной. Это усугубляется, когда аккумулятор разряжается / заряжается с высокой скоростью — например, если вы едете на электромобиле с большой скоростью, а не с постоянной скоростью. Высокоскоростное переключение приводит к тому, что кристаллическая структура становится более неупорядоченной, что приводит к менее эффективной батарее.

Эффект памяти и саморазряд

Почти, но не полностью обратимые реакции разряда и перезарядки также способствуют так называемому «эффекту памяти».Когда вы заряжаете некоторые типы аккумуляторных батарей, не разрядив их сначала, они «запоминают», где находились в предыдущих циклах разрядки, и не перезаряжаются должным образом.

В некоторых элементах это вызвано тем, как металл и электролит реагируют с образованием соли (и тем, как эта соль затем снова растворяется и металл заменяется на электродах при перезарядке). Мы хотим, чтобы наши клетки имели красивые, однородные, маленькие кристаллы соли, покрывающие идеальную металлическую поверхность, но это не то, что мы получаем в реальном мире! Некоторые кристаллы образуются очень сложно, а некоторые металлы откладываются во время перезарядки, поэтому некоторые типы батарей имеют больший эффект памяти, чем другие.Дефекты в основном зависят от первоначального состояния заряда батареи, температуры, напряжения заряда и тока зарядки. Со временем недостатки в одном цикле зарядки могут вызвать то же самое в следующем цикле зарядки и так далее, и наша батарея накапливает некоторые плохие воспоминания. Эффект памяти силен для некоторых типов элементов, таких как батареи на никелевой основе. Другие типы, такие как литий-ионные, не страдают этой проблемой.

Другой аспект аккумуляторных батарей заключается в том, что химический состав, который делает их перезаряжаемыми, также означает, что они имеют более высокую тенденцию к саморазряду.Это когда внутренние реакции происходят внутри аккумуляторного элемента, даже когда электроды не подключены через внешнюю цепь. Это приводит к тому, что клетка со временем теряет часть своей химической энергии. Высокая скорость саморазряда серьезно ограничивает срок службы аккумуляторов — и приводит к их разрядке во время хранения.

Литий-ионные аккумуляторы в наших мобильных телефонах имеют довольно хорошую скорость саморазряда около 2–3 процентов в месяц, и наши свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы также довольно разумны — они, как правило, теряют 4–6 процентов. месяц.Никелевые батареи теряют около 10–15 процентов своего заряда в месяц, что не очень хорошо, если вы планируете хранить фонарик в течение всего сезона, когда он вам не нужен! Неперезаряжаемая щелочная батарея теряет около 2–3% своего заряда в год.

Напряжение, сила тока, мощность, емкость… в чем разница?

Все эти слова в основном описывают мощность батареи, не так ли? Ну вроде как.Но все они немного разные.

Напряжение = сила, при которой реакция, приводящая в движение аккумулятор, проталкивает электроны через элемент. Это также известно как электрический потенциал и зависит от разницы потенциалов между реакциями, которые происходят на каждом из электродов, то есть от того, насколько сильно катод оттянет электроны (через цепь) от анода. Чем выше напряжение, тем больше работы может совершить то же количество электронов.

Ток = количество электронов, которые проходят через любую точку цепи в данный момент времени.Чем выше ток, тем больше работы он может выполнять при том же напряжении. Внутри ячейки ток можно также рассматривать как количество ионов, проходящих через электролит, умноженное на заряд этих ионов.

Мощность = напряжение x ток. Чем выше мощность, тем быстрее батарея может работать — это соотношение показывает, как напряжение и ток важны для определения того, для чего подходит батарея.

Емкость = мощность батареи как функция времени, которая используется для описания продолжительности времени, в течение которого батарея может обеспечивать питание устройства.Аккумулятор большой емкости сможет проработать более длительный период, прежде чем разрядится / разрядится. У некоторых батарей есть небольшая печальная особенность: если вы слишком быстро попытаетесь извлечь из них слишком много энергии, химические реакции не успеют поспеть, и емкость станет меньше! Итак, мы всегда должны быть осторожны, когда говорим о емкости батареи, и помнить, для чего она будет использоваться.

Еще один популярный термин — «плотность энергии». Это количество энергии, которое устройство может удерживать на единицу объема, другими словами, сколько энергии вы получите за свои деньги с точки зрения мощности по сравнению сразмер. С батареей, как правило, чем выше плотность энергии, тем лучше, поскольку это означает, что батарея может быть меньше и компактнее, что всегда является плюсом, когда вам нужно, чтобы она питала то, что вы хотите держать в кармане. Для электромобилей это даже плюс — аккумулятор должен как-то влезать в машину!

Для некоторых приложений, таких как хранение электроэнергии на возобновляемых электростанциях, таких как ветряная или солнечная ферма, высокая плотность энергии не является большой проблемой, поскольку в них, скорее всего, будет достаточно места для хранения батарей.Основная цель такого использования — просто хранить как можно больше электроэнергии, как можно безопаснее и дешевле.

Почему так много типов?

Ряд материалов (раньше это были просто металлы) могут использоваться в качестве электродов в батарее. За прошедшие годы было опробовано много-много различных комбинаций, но лишь немногие из них действительно прошли дистанцию.Но зачем вообще использовать разные комбинации металлов? Если у вас есть пара металлов, которые хорошо работают вместе в качестве электродов, зачем возиться с другими?

Различные материалы имеют разные электрохимические свойства, поэтому они дают разные результаты, когда вы соединяете их в аккумуляторном элементе. Например, некоторые комбинации будут производить высокое напряжение очень быстро, но затем быстро падают, не в состоянии поддерживать это напряжение в течение длительного времени. Это хорошо, если вам нужно произвести, скажем, внезапную вспышку света, как вспышка фотоаппарата.

Другие комбинации будут производить только тонкую струйку тока, но они будут поддерживать эту струю на века. Например, нам не нужен большой ток для питания детектора дыма, но мы хотим, чтобы наши детекторы дыма работали долгое время.

Еще одна причина для использования различных комбинаций металлов заключается в том, что часто два или более аккумуляторных элемента необходимо уложить в стопку для получения необходимого напряжения, и оказывается, что некоторые комбинации электродов складываются вместе намного лучше, чем другие комбинации.Например, литий-железо-фосфатные батареи (тип литий-ионных аккумуляторов), используемые в электромобилях, складываются вместе для создания систем высокого напряжения (100 или даже более вольт), но вы никогда не сделаете этого с теми батареями NiCad Walkman, которые имеют горячий!

Наши различные потребности с течением времени привели к разработке огромного количества типов батарей. Чтобы узнать больше о них и о том, что ждет аккумулятор в будущем, ознакомьтесь с другими нашими темами о Nova.

Эта тема является частью нашей серии из четырех статей об аккумуляторах.Для дальнейшего чтения ознакомьтесь с типами аккумуляторов, литий-ионных аккумуляторов и аккумуляторов будущего.

Как работают батарейки?

Электричество, как вы, наверное, уже знаете, это поток электронов. через проводящий путь, как провод. Этот путь называется цепью .

Батареи состоят из трех частей: анода (-), катода (+), и электролит .Катод и анод (положительный и отрицательный стороны на обоих концах традиционной батареи) подключены к электрическому схема.

Химические реакции в батарее вызывают накопление электронов. на аноде. Это приводит к электрической разнице между анодом и катод. Вы можете думать об этой разнице как о нестабильном накоплении электроны. Электроны хотят перестроиться, чтобы избавиться от этой разницы.Но они делают это определенным образом. Электроны отталкиваются друг от друга и пытаются уйти в место с меньшим количеством электронов.

В батарее единственное место, куда можно подойти, — это катод. Но электролит не дает электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи. Когда цепь замкнута (провод соединяет катод и анод) электроны смогут попасть на катод. На картинке выше электроны проходят по проводу, зажигая лампочку вдоль способ.Это один из способов описания того, как электрический потенциал вызывает появление электронов. протекать по контуру.

Однако эти электрохимические процессы изменяют химические вещества. в аноде и катоде, чтобы они перестали подавать электроны. Итак, есть ограниченное количество энергии, доступной в батарее.

Когда вы перезаряжаете аккумулятор, вы меняете направление потока электронов с помощью другого источника энергии, например солнечных батарей.В электрохимические процессы происходят в обратном порядке, и анод и катод восстанавливаются в исходное состояние и снова может обеспечить полную мощность.

Что есть батареи?
Что это энергия?

Что такое схема?
Что такое электрон?
Что такое поток электронов?
Что такое DS1 срок службы батареи?
Что значит электрически заряженный?
Как атомы заряжены?

Где энергия приходит и уходит?

Инженерная школа Массачусетского технологического института | »Как работает аккумулятор?

Как работает аккумулятор?

Ваши часы, ноутбук и лазерная указка питаются от одного и того же: химии…

Мэри Бейтс

Существует много разных типов батарей, но все они работают на основе одной и той же концепции.«Батарея — это устройство, способное накапливать электрическую энергию в виде химической энергии и преобразовывать эту энергию в электричество», — говорит Антуан Алланор, научный сотрудник отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. «Вы не можете улавливать и хранить электричество, но вы можете хранить электрическую энергию в химических веществах внутри батареи».

Батарея состоит из трех основных компонентов: две клеммы, сделанные из разных химикатов (обычно металлов), анод и катод; и электролит, разделяющий эти выводы.Электролит — это химическая среда, которая обеспечивает прохождение электрического заряда между катодом и анодом. Когда устройство подключено к батарее — лампочке или электрической цепи — на электродах происходят химические реакции, которые создают поток электрической энергии к устройству.

Более конкретно: во время разряда электричества химическое вещество на аноде высвобождает электроны к отрицательному полюсу и ионы в электролите в результате так называемой реакции окисления.Между тем, на положительном выводе катод принимает электроны, замыкая цепь для потока электронов. Электролит предназначен для того, чтобы привести различные химические вещества анода и катода в контакт друг с другом таким образом, чтобы химический потенциал мог уравновешиваться от одного вывода к другому, преобразовывая накопленную химическую энергию в полезную электрическую энергию. «Эти две реакции происходят одновременно», — говорит Алланор. «Ионы переносят ток через электролит, в то время как электроны текут во внешней цепи, и это то, что генерирует электрический ток.”

Если батарея одноразовая, она будет вырабатывать электричество до тех пор, пока не закончатся реагенты (одинаковый химический потенциал на обоих электродах). Эти батареи работают только в одном направлении, преобразуя химическую энергию в электрическую. Но в других типах аккумуляторов реакция может быть обратной. Перезаряжаемые батареи (например, в вашем мобильном телефоне или в вашем автомобиле) сконструированы таким образом, что электрическая энергия из внешнего источника (зарядное устройство, которое вы подключаете к стене или динамо-машина в вашем автомобиле) может подаваться на химическую систему и наоборот. его работу, восстанавливая заряд аккумулятора.

Лаборатория Group Sadoway в Массачусетском технологическом институте работает над созданием более эффективных батарей для многоцелевого использования. Для крупномасштабного хранения энергии команда работает над жидкометаллической батареей, в которой электролит, анод и катод являются жидкими. Для портативных приложений они разрабатывают тонкопленочные полимерные батареи с гибким электролитом из негорючего геля. Еще одна цель лаборатории — создать батареи с использованием ранее не изученных материалов, уделяя особое внимание распространенным, дешевым и безопасным веществам, которые имеют такой же коммерческий потенциал, как и популярные литиевые батареи.

Спасибо 18-летнему Стивену Минкусу из Гленвью, штат Иллинойс, за этот вопрос.

Отправлено: 1 мая 2012 г.

Как работают батареи? | Живая наука

Батарейки везде. Современный мир зависит от этих портативных источников энергии, которые можно найти во всем: от мобильных устройств до слуховых аппаратов и автомобилей.

Но, несмотря на то, что они широко используются в повседневной жизни людей, батареям часто не уделяют должного внимания. Подумайте об этом: вы действительно знаете, как работает аккумулятор? Не могли бы вы объяснить это кому-нибудь другому?

Вот краткое изложение научных данных об источниках энергии для смартфонов, электромобилей, кардиостимуляторов и многого другого.[Тест: электрические и газовые автомобили]

Анатомия аккумулятора

Большинство аккумуляторов состоят из трех основных частей: электродов, электролита и сепаратора, по словам Энн Мари Састри, соучредителя и генерального директора Sakti3, базирующейся в Мичигане. запуск аккумуляторных технологий.

В каждой батарее по два электрода. Оба изготовлены из токопроводящих материалов, но выполняют разные функции. Один электрод, известный как катод, подключается к положительному концу батареи и является местом, где электрический ток выходит (или электроны входят) в батарею во время разряда, когда батарея используется для питания чего-либо.Другой электрод, известный как анод, подключается к отрицательному полюсу батареи и является местом, где электрический ток входит (или электроны покидают) батарею во время разряда.

Между этими электродами, а также внутри них находится электролит. Это жидкое или гелеобразное вещество, содержащее электрически заряженные частицы или ионы. Ионы соединяются с материалами, из которых состоят электроды, производя химические реакции, которые позволяют батарее генерировать электрический ток.[Взгляд изнутри на работу батарей (инфографика)]

Типичные батареи питаются за счет химической реакции. [См. Полную инфографику] (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)

Последняя часть батареи, разделитель, довольно проста. Роль сепаратора состоит в том, чтобы удерживать анод и катод отдельно друг от друга внутри батареи. По словам Састри, без разделителя два электрода соприкоснутся, что приведет к короткому замыканию и нарушит нормальную работу батареи.

Как это работает

Чтобы представить себе, как работает батарейка, представьте, как вы вставляете щелочные батарейки, такие как двойные AA, в фонарик. Когда вы вставляете эти батарейки в фонарик, а затем включаете его, на самом деле вы замыкаете цепь. Сохраненная в батарее химическая энергия преобразуется в электрическую, которая выходит из батареи в основание лампы фонарика, заставляя ее загораться. Затем электрический ток снова входит в батарею, но на противоположном конце от того места, где он выходил изначально.

Все части батареи работают вместе, чтобы фонарик загорелся. Электроды в батарее содержат атомы определенных проводящих материалов. Например, в щелочной батарее анод обычно изготавливается из цинка, а диоксид марганца действует как катод. Электролит между этими электродами и внутри них содержит ионы. Когда эти ионы встречаются с атомами электродов, между ионами и атомами электродов происходят определенные электрохимические реакции.

Серия химических реакций, протекающих в электродах, вместе известна как окислительно-восстановительные (окислительно-восстановительные) реакции.В батарее катод известен как окислитель, потому что он принимает электроны от анода. Анод известен как восстановитель, потому что он теряет электроны.

В конечном итоге эти реакции приводят к потоку ионов между анодом и катодом, а также к освобождению электронов от атомов электрода, — сказал Састри.

Эти свободные электроны собираются внутри анода (нижняя плоская часть щелочной батареи). В результате два электрода имеют разные заряды: анод становится отрицательно заряженным, когда высвобождаются электроны, а катод становится положительно заряженным, поскольку электроны (которые заряжены отрицательно) поглощаются.Эта разница в заряде заставляет электроны двигаться к положительно заряженному катоду. Однако у них нет возможности попасть внутрь батареи, потому что разделитель не позволяет им это сделать.

Когда вы щелкаете выключателем на фонарике, все меняется. У электронов теперь есть путь к катоду. Но сначала они должны пройти через основание лампы фонарика. Схема замыкается, когда электрический ток снова входит в батарею через верхнюю часть батареи у катода.

Перезаряжаемые и неперезаряжаемые

Для первичных батарей, таких как батареи фонарика, реакции, питающие батарею, в конечном итоге прекратятся, а это означает, что электроны, которые обеспечивают батарею ее зарядом, больше не будут создавать электрический ток. Когда это происходит, аккумулятор разряжен или «мертв», — сказал Састри.

Вы должны выбросить такие батареи, потому что электрохимические процессы, которые заставили батарею производить энергию, не могут быть обращены вспять, объяснил Састри.Однако электрохимические процессы, происходящие во вторичных или перезаряжаемых батареях, можно обратить вспять, подав в батарею электрическую энергию. Например, это происходит, когда вы подключаете аккумулятор мобильного телефона к зарядному устройству, подключенному к источнику питания.

Некоторые из наиболее распространенных используемых сегодня вторичных батарей — это литий-ионные (литий-ионные) батареи, от которых питается большинство бытовых электронных устройств. Эти батареи обычно содержат угольный анод, катод из диоксида лития-кобальта и электролит, содержащий соль лития в органическом растворителе.Другие перезаряжаемые батареи включают никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (NiMH) батареи, которые можно использовать в таких вещах, как электромобили и беспроводные электроинструменты. Свинцово-кислотные (Pb-кислотные) батареи обычно используются в автомобилях и других транспортных средствах для запуска, освещения и зажигания.

По словам Састри, все эти аккумуляторные батареи работают по одному и тому же принципу: когда вы подключаете батарею к источнику питания, поток электронов меняет направление, и анод и катод возвращаются в исходное состояние.[10 лучших подрывных технологий]

Battery lingo

Хотя все батареи работают более или менее одинаково, разные типы батарей имеют разные характеристики. Вот несколько терминов, которые часто встречаются при любом обсуждении батарей:

Напряжение : Когда дело доходит до батарей, напряжение — также известное как номинальное напряжение ячейки — описывает величину электрической силы или давления, при которой свободные электроны — переходите от положительного полюса батареи к отрицательному, — пояснил Састри.В батареях с более низким напряжением ток выходит из батареи медленнее (с меньшей электрической силой), чем в батареях с более высоким напряжением (с большей электрической силой). Батареи в фонарике обычно имеют напряжение 1,5 В. Однако, если фонарик использует две батареи последовательно, эти батареи или элементы имеют общее напряжение 3 вольта.

Свинцово-кислотные батареи, подобные тем, которые используются в большинстве неэлектрических автомобилей, обычно имеют напряжение 2,0 вольт. Но обычно в автомобильном аккумуляторе последовательно соединено шесть таких элементов, поэтому вы, вероятно, слышали, что такие аккумуляторы называются 12-вольтовыми батареями.

Литий-кобальто-оксидные батареи — наиболее распространенный тип литий-ионных аккумуляторов в бытовой электронике — имеют номинальное напряжение около 3,7 вольт, сказал Састри.

Ампер : Ампер или ампер — это мера электрического тока или количества электронов, которые проходят через цепь в течение определенного периода времени.

Емкость : Емкость, или емкость элемента, измеряется в ампер-часах, то есть количество часов, в течение которых батарея может подавать определенное количество электрического тока, прежде чем ее напряжение упадет ниже определенного порога, согласно сообщению Райса. Кафедра электротехники и вычислительной техники университета.

9-вольтовая щелочная батарея, используемая в портативных радиоприемниках, рассчитана на 1 ампер-час, что означает, что эта батарея может непрерывно обеспечивать один ампер тока в течение 1 часа, прежде чем она достигнет порогового значения напряжения и будет считаться разряженной.

Плотность мощности : Плотность мощности описывает количество энергии, которое батарея может выдать на единицу веса, сказал Састри. По словам Састри, для электромобилей важна плотность мощности, потому что она показывает, насколько быстро автомобиль может разогнаться от 0 до 60 миль в час (97 км / ч).Инженеры постоянно пытаются найти способы уменьшить размеры батарей без снижения их удельной мощности.

Плотность энергии : Плотность энергии описывает, сколько энергии способна отдать батарея, деленное на ее объем или массу, сказал Састри. Это число соответствует вещам, которые имеют большое влияние на пользователей, например, сколько времени вам нужно пройти до зарядки мобильного телефона или как далеко вы можете проехать на электромобиле, прежде чем остановиться, чтобы подключить его.

Follow Elizabeth Palermo @ techEpalermo .Подпишитесь на Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

Как работает аккумулятор — инженерное мышление

Батареи

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

Батареи

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть видео на YouTube.

Что такое аккумулятор?

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

Схема батареи и лампы

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

Примеры нагрузки

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

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

Что внутри батареи?

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

Щелочная батарея

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

Положительный конец

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

Negative End

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

Под Wrapper

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

Первый слой

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

Barrier

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

Распыленный жидкий электролит

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

Внутри батареи

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

Положительные и отрицательные, разделенные

Основы электроэнергетики

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

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

Основы электричества

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

Постоянный ток

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

Переменный ток

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

Переменный ток

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

Медная проволока

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

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

Ion

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

Напряжение как давление

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

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

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

Как работает щелочная батарея?

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

Внутри батареи

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

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

Скопление электронов

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

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

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

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

Зажигание лампы

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

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

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

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

Соединение батарей вместе

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

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

Серия

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

Параллельный

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

Последовательный и параллельный

Емкость

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

Пример батареи

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

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

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

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

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

Срок службы батареи

Как измерить мультиметром

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

Рейтинг батареи

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

Battery Dead

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

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

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

Тестовая батарея

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

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

Пример батареи

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

Пример батареи

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

Battery Dead

Но теперь, когда вы все заряжены, зайдите на сайт squarespace.com , чтобы создать свое собственное присутствие в Интернете, в котором есть множество функций, позволяющих людям запускать, публиковать и продвигать свои собственные проекты.

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

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

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

DOE объясняет … Батареи | Министерство энергетики

Батареи и аналогичные устройства принимают, хранят и отпускают электроэнергию по запросу. В батареях используется химия в форме химического потенциала для хранения энергии, как и во многих других повседневных источниках энергии. Например, бревна хранят энергию в своих химических связях, пока при горении энергия не преобразуется в тепло. Бензин — это запасенная химическая потенциальная энергия, пока она не преобразуется в механическую энергию в двигателе автомобиля.Точно так же, чтобы батареи работали, электричество должно быть преобразовано в форму химического потенциала, прежде чем оно может быть легко сохранено. Батареи состоят из двух электрических клемм, называемых катодом и анодом, разделенных химическим материалом, называемым электролитом. Чтобы принимать и высвобождать энергию, батарея подключается к внешней цепи. Электроны движутся по цепи, в то время как одновременно ионы (атомы или молекулы с электрическим зарядом) движутся через электролит. В перезаряжаемой батарее электроны и ионы могут двигаться в любом направлении через цепь и электролит.Когда электроны движутся от катода к аноду, они увеличивают химическую потенциальную энергию, заряжая таким образом аккумулятор; когда они движутся в другом направлении, они преобразуют эту химическую потенциальную энергию в электрическую цепь и разряжают батарею. Во время зарядки или разрядки противоположно заряженные ионы перемещаются внутри батареи через электролит, чтобы уравновесить заряд электронов, проходящих через внешнюю цепь, и создать устойчивую перезаряжаемую систему. После зарядки аккумулятор может быть отключен от цепи для хранения химической потенциальной энергии для последующего использования в качестве электричества.

Батареи были изобретены в 1800 году, но их химические процессы сложны. Ученые используют новые инструменты, чтобы лучше понять электрические и химические процессы в батареях, чтобы создать новое поколение высокоэффективных аккумуляторов электроэнергии. Например, они разрабатывают улучшенные материалы для анодов, катодов и электролитов в батареях. Ученые изучают процессы в аккумуляторных батареях, потому что они не полностью меняются, когда батарея заряжается и разряжается.Со временем отсутствие полной замены может изменить химический состав и структуру материалов батареи, что может снизить производительность и безопасность батареи.

Департамент науки и хранения электроэнергии Министерства энергетики США

Исследования, проведенные при поддержке Управления науки Министерства энергетики США и Управления фундаментальных энергетических наук (BES), привели к значительным улучшениям в хранении электроэнергии. Но мы все еще далеки от комплексных решений для хранения энергии следующего поколения с использованием совершенно новых материалов, которые могут значительно увеличить количество энергии, которое может хранить аккумулятор.Это хранилище имеет решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии в нашу систему электроснабжения. Поскольку усовершенствование аккумуляторных технологий имеет важное значение для повсеместного использования подключаемых к электросети электромобилей, хранение также является ключом к уменьшению нашей зависимости от нефти при транспортировке.

BES поддерживает исследования отдельных ученых и в многопрофильных центрах. Самый крупный центр — Объединенный центр исследований в области накопления энергии (JCESR), центр энергетических инноваций Министерства энергетики США. Этот центр изучает электрохимические материалы и явления на атомном и молекулярном уровне и использует компьютеры для разработки новых материалов.Эти новые знания позволят ученым разработать более безопасные накопители энергии, которые служат дольше, заряжаются быстрее и обладают большей емкостью. По мере того, как ученые, поддерживаемые программой BES, достигают новых успехов в науке об аккумуляторах, эти достижения используются прикладными исследователями и промышленностью для продвижения приложений в области транспорта, электросетей, связи и безопасности.

Факты о хранении электрической энергии

Нобелевская премия по химии 2019 года была присуждена совместно Джону Б.Гуденаф, Стэнли Уиттингем и Акира Йошино «за разработку литий-ионных батарей».
Компания Electrolyte Genome в JCESR создала вычислительную базу данных с более чем 26 000 молекул, которую можно использовать для расчета ключевых свойств электролита для новых, усовершенствованных аккумуляторов.

Ресурсы и связанные с ними термины

Научные термины могут сбивать с толку. DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и концепций фундаментальной науки.В нем также описывается, как эти концепции применимы к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики, поскольку это помогает Соединенным Штатам преуспеть в исследованиях во всем научном спектре.

Батареи, схемы и трансформаторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Батареи производят электроэнергию

Электрохимическая батарея вырабатывает электричество из двух разных металлов в химическом веществе, называемом электролитом .Один конец батареи прикреплен к одному из металлов, а другой конец — к другому металлу. Химическая реакция между металлами и электролитом освобождает больше электронов в одном металле, чем в другом.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Металл, который высвобождает больше электронов, приобретает положительный заряд, а другой металл — отрицательный.Если электрический провод или провод соединяет один конец батареи с другим, электроны проходят через провод, чтобы уравновесить электрический заряд.

Электрическая нагрузка — это устройство, которое использует электричество для выполнения работы или выполнения работы. Если электрическая нагрузка — например, лампа накаливания — размещена вдоль провода, электричество может работать, поскольку оно течет через провод и лампочку. Электроны текут от отрицательного конца батареи через провод и лампочку и обратно к положительному концу батареи.

Электроэнергия передается по цепям

Электричество должно пройти полный путь, или электрическая цепь , прежде чем электроны смогут двигаться. Выключатель или кнопка включения-выключения на всех электрических устройствах замыкает (включает) или размыкает (выключает) электрическую цепь в устройстве. Выключение или выключение света размыкает цепь, и электроны не могут проходить через свет. Включение света замыкает цепь, что позволяет электричеству течь от одного электрического провода через лампочку, а затем через другой провод.

Лампа накаливания излучает свет, когда электричество проходит через крошечный провод в лампочке, который становится очень горячим и светится. Лампа накаливания перегорает, когда крошечный провод внутри лампы обрывается, что приводит к размыканию цепи.

Трансформаторы помогают эффективно передавать электроэнергию на большие расстояния

Чтобы решить проблему отправки электричества на большие расстояния, Уильям Стэнли разработал устройство под названием трансформатор .Трансформатор изменяет электрическое напряжение в проводнике или линии электропередачи. Линии передачи высокого напряжения, например те, которые проходят между высокими металлическими башнями, переносят электричество на большие расстояния туда, где это необходимо. Электроэнергия более высокого напряжения более эффективна и менее дорога для передачи электроэнергии на большие расстояния. Электричество более низкого напряжения безопаснее для использования в домах и на предприятиях. Трансформаторы повышают (повышают) или снижают (понижают) напряжение по мере того, как электроэнергия перемещается от электростанций в дома и на предприятия.

Последнее обновление: 8 января 2020 г.

Аккумуляторная батарея автомобиля — назначение, устройство и типы

Назначение аккумуляторной батареи

Устройство аккумуляторной батареи

Типы АКБ

Основные характеристики АКБ

При покупке АКБ

Маркировка АКБ

Как работает аккумуляторная батарея

Как всё начиналось

Современные реалии

Автомобильный аккумулятор (АКБ). Общее устройство аккумулятора

Устройство аккумулятора автомобиля

Принцип работы аккумуляторной батареи

Часто задаваемые вопросы

Автомобильный аккумулятор. Основные сведения про АКБ

Ключевые компоненты

Маркировка

Местонахождение детали

Причины и признаки поломок

1.

2. Сильное окисление полюсных клемм

3. Короткое замыкание в аккумуляторе

4. Повышенная саморазрядка

Когда нужно менять аккумулятор?

Как проверить аккумулятор

Как восстановить автомобильный аккумулятор?

Как правильно заряжать аккумулятор

Существует 3 метода зарядки:

Время зарядки АКБ

Правильная эксплуатация АКБ

Часто задаваемые вопросы

Причины и признаки поломок АКБ?

Как правильно пользоваться АКБ?

Когда нужно менять аккумулятор?

Как расшифровать цифры на аккумуляторе?

какие параметры аккумуляторных батарей нужно проверять и как это сделать?

Способы проверки АКБ

1. Подключение нагрузки

2. Измерения при помощи нагрузочной вилки

3. Измерения при помощи специальных устройств, тестеров анализаторов АКБ

Приборы Кулон

Тестеры PITE

Анализаторы Fluke

Анализаторы Vencon

4. Полная разрядка/зарядка

5. Измерение плотности электролита

Выводы

Как работает аккумулятор — принцип работы АКБ простыми словами

Понятие аккумулятор и его устройство

Как работает аккумулятор (АКБ) при разряде

Параллельное соединение (как работает аккумулятор)

Последовательное соединение (как работает аккумулятор)

Компоновка АКБ

Виды аккумуляторов

Классификация АКБ по составу активного вещества

Виды АКБ

Классификация батарей по типу электролита

Как работает аккумулятор — АКБ

Материалы АКБ

Пластины

Сепараторы

Литий-ионные аккумуляторы

Гелевые электролиты

Графен-полимерные аккумуляторы

Основные технические характеристики аккумуляторов

Номинальная емкость аккумулятора

Пусковой ток

Полярность

Устройство корпуса

Тип крепления аккумулятора

Заключение

Как работает аккумулятор — Любопытно

Химия батареи

Электроды

Электролит

Зарядка аккумулятора

Эффект памяти и саморазряд

Напряжение, сила тока, мощность, емкость… в чем разница?

Почему так много типов?

Как работают батарейки?