Аккумулятор - источник энергии

Открытие аккумулирующего эффекта относится к числу важнейших и значительнейших изобретений в области электротехники.

Еще в 1800 году Алесандро Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta) (1745–1827) - итальянский физик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток. Вольта назвал свое изобретение «электрический орган». Это был первый химический источник тока на медно-цинковой паре электродов («вольтов столб» или «батарея Вольта»). В 1802 г. немецкий физик Джоан Вильгельм Риттер (Johann Wilhelm Ritter) (1776–1810) изобрел сухой гальванический элемент, а в 1803 электрическую аккумуляторную батарею.

В 1854 году немецкий военный врач Вильгельм Зинстеден наблюдал следующий эффект: при пропускании тока через свинцовые электроды, погруженные в разведенную серную кислоту, положительный электрод покрывался двуокисью свинца PbO2, в то время как отрицательный электрод не подвергался никаким изменениям. Если такой элемент замыкали потом накоротко, прекратив пропускание через него тока от постоянного источника, то в нем появлялся постоянный ток, который обнаруживался до тех пор, пока вся двуокись свинца не растворялась в кислоте. Таким образом, Зинстеден вплотную приблизился к созданию аккумулятора, однако он не сделал никаких практических выводов из своего наблюдения.

Только пять лет спустя, в 1859 году, французский инженер Гастон Планте случайно сделал то же самое открытие и построил первый в истории свинцовый аккумулятор. Этим было положено начало аккумуляторной техники.

Аккумулятор Планте состоял из двух одинаковых свинцовых пластин, навитых на деревянный цилиндр. Друг от друга они отделялись тканевой прокладкой. Устроенный таким образом прибор помещали в сосуд с подкисленной водой и соединяли с электрической батареей. Спустя несколько часов, отключив батарею, можно было снимать с аккумулятора достаточно сильный ток, который сохранял в течение некоторого времени свое постоянное значение... далее
Текст взят с сайта: http://rus.aktex.ru/info/history-of-batteries/

Автомобильная аккумуляторная батарея состоит из шести отдельных элементов, каждый из которых имеет положительные и отрицательные электроды, погруженные в электролит, и собранные в едином корпусе.

Электролит — это водный раствор серной кислоты. На срок службы аккумулятора и его характеристики существенно влияет качество серной кислоты и воды, из которых готовится электролит.
Электроды состоят из токоотвода (решетки) изготавливаемой из свинцовых сплавов. В состав сплавов входят компоненты, позволяющие сплаву иметь определенные литейные свойства, а также защищать его от коррозии. Состав сплава и форма решетки заметно влияют на характеристики аккумулятора. На эту решетку наносится активная масса (паста), изготавливаемая из свинцово-оксидного порошка. Состав и свойства пасты коренным образом определяют свойства аккумулятора (все равно как тесто определяет свойства пирога).
Сепаратор — разделитель разнополярных электродов друг от друга, является важным компонентом аккумулятора, он защищает электроды разной полярности от прямого замыкания между собой. Сепаратор с одной стороны должен быть отличным изолятором, с другой он должен минимально влиять на внутреннее сопротивление аккумулятора и обеспечивать свободный доступ ионам электролита к электродам.
Корпус аккумулятора или батареи (моноблок) должен соответствовать требованиям условий эксплуатации, не подвергаться воздействию агрессивной внутренней среды батареи, быть герметичным не только от внешней среды, но и между элементами внутри батареи.

На этикетке стартерной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи должно быть нанесено: Страна изготовления, изготовитель и его адрес.

- Дата изготовления.
- Обозначение батареи.
- Обозначение ТУ батареи.
- Номинальная емкость в Ампер-часах.

- Номинальное напряжение в вольтах.
- Разрядный ток в Амперах.
- Масса батареи.
- Знаки полярности.
- Указание мер безопасности

Первое и, пожалуй, главное: на аккумуляторе обязательно должны быть указаны страна-изготовитель и выпускающий завод, лучше если с адресом. К каждой батарее должен прилагаться технический паспорт, а вот наличие инструкции необязательно. Это связано с тем, что на Западе аккумуляторы почти не продают в розницу, их устанавливают специалисты на сервисных станциях. Третье — качественный аккумулятор немыслим без качественного корпуса, хороших пробок и гладких выводных клемм, нередко смазанных технической защитной смазкой от окисления и накрытых сверху цветными пластмассовыми колпачками.

Напряжение на клеммах приобретаемой батареи должно быть не менее 12,5 вольт. Плотность во всех 6-ти банках не менее 1,25 г/см3 (см. таблицу зависимости плотности электролита от температуры на стр. 25) и одинаковой во всех банках. Если же замер плотности в магазине связан с определенными трудностями, можно ограничиться измерением напряжения вольтметром. Оно должно быть не ниже 12,5 вольт. При имитации стартерного разряда нагрузочной вилкой (ток около 160 А) напряжение батареи на протяжении 5-8 с должно оставаться в пределах 10,5-11 вольт.

Маркировка аккумулятора должна иметь ссылку на стандарт (DIN, SAE, EN , ГОСТ или другие). В маркировке по стандарту SAE не указывается значение емкости в ампер-часах (Ач). Указание емкости в Ач в стандарте SAE — косвенный признак подделки. Большинство фирм-изготовителей кодирует дату выпуска АКБ. Современные необслуживаемые батареи допускают достаточно длительное хранение без существенной потери своих потребительских свойств, поэтому дата изготовления менее актуальна. Тем не менее не стоит покупать АКБ более полугода пролежавшую на складе.

Основными параметрами для выбора АКБ являются:

- электрическая (номинальная) емкость, Ач;
- полярность;
- пусковой ток, А;
- размеры корпуса АКБ.

Для пуска автомобильного двигателя от АКБ требуется как необходимый запас энергии — достаточная электрическая емкость, так и высокая мощность при разряде.

Электрическая емкость характеризует количество электричества, которое способна отдать АКБ при длительном режиме разряда.

Номинальная электрическая емкость — это емкость 20-часового разряда АКБ. Именно она указана на этикетке АКБ. Для определения номинальной емкости батарею непрерывно разряжают при температуре 25°С током, равным 0,05С20 (0,05 от величины номинальной емкости) до того момента, как напряжение на клеммах 12-вольтовой батареи не снизится до 10,5 В. Например, для АКБ емкостью 60 Ач ток разряда составляет 3 А.

Не следует брать новую АКБ с меньшей электрической емкостью, чем рекомендуется для данного типа автомобиля. Дело в том, что при некоторых режимах работы двигателя (холостой ход) и малых дневных пробегах автомобиля, АКБ «помогает» генератору питать включенные потребители. При малой собственной электрической емкости глубина разряда при этом может достигать 40-50%, что приведет к снижению работоспособности АКБ в режиме пуска двигателя. Повторяющиеся глубокие разряды приведут к сокращению ресурса АКБ.

Таким образом, каждому типу автомобиля необходимо подбирать аккумулятор определенной емкости.

Пусковой ток указывается в соответствии с емкостью для каждого типа АКБ и используется для тестирования на соответствие стандарту. Пусковой ток новой батареи должен быть не ниже, чем у старой (заменяемой), при этом для автомобилей с большим энергопотреблением следует применять АКБ с большими значениями пусковых токов, например АКБ «Зверь».
Выбор АКБ по габаритным размерам и полярности определяется отличительными особенностями автомобиля (площадка под АКБ, длина проводов). Полярность прямая, когда клемма «минус» справа, обратная, когда клемма «плюс» справа.


Итак, выбирая аккумулятор, надо учитывать величину пускового тока, значение электрической емкости, расположение полюсных выводов, габаритные размеры (в основном по длине), и способ крепления АКБ и, естественно, репутацию торговой марки и производителя.

Схема подбора по емкости аккумуляторов АкТех™ и Зверь™ рекомендуемых для всех типов автомобилей и тяжелой техники, однако, лучшей рекомендацией является емкость, указанная в документации автомобиля.

АКБ состоит из шести 2-вольтовых элементов, что составляет в сумме напряжение 12 вольт. Отрицательные электроды состоят из губчатого свинца, а положительные — из двуокиси свинца. Когда к аккумулятору подключают нагрузку (замыкают цепь), активное вещество начинает взаимодействовать с электролитом. На обоих электродах образуется сульфат свинца, на положительном происходит восстановление, а на отрицательном — окисление свинца (высвобождение электронов), а в цепи начинает течь электрический ток. На пластинах при этом осаждается сульфат свинца, а электролит, соответственно, истощается. Важно понимать, что аккумулятор не производит электроэнергию,— он ее накапливает, а затем отдает.

При заряде происходит превращение электрической энергии в химическую, а при разряде — химической энергии в электрическую. Химическая реакция отображается простой формулой, но все процессы, протекающие при заряде и разряде до сих пор изучены еще не достаточно.

Зарядка аккумуляторной батареи вне автомобиля производится:
при падении плотности электролита ниже 1,22 г/смЗ.
при продолжительном простое автомобиля, что приводит к падению плотности электролита и, как следствие, к разряду АКБ при продолжительной безуспешной попытке завести.
Далее необходимо открыть заливные горловины в секциях АКБ. Соединить положительный полюс батареи (+) с положительным полюсом зарядного устройства и отрицательный полюс (–) батареи с отрицательным полюсом зарядного устройства.
Включить зарядное устройство в сеть. После окончания зарядки выключить зарядное устройство и отсоединить клеммы, начиная с отрицательной (–).
Зарядный ток не должен превышать 1/10 числового значения емкости аккумуляторной батареи (например, для аккумулятора 12В, 55Ач ток заряда должен быть не более 5,5А).
Исключение составляет заряд батареи после глубокого разряда, в этом случае применяется заряд малыми токами 1,5-2А.
Во время заряда периодически проверяют напряжение аккумулятора, плотность, температуру электролита.
Если температура электролита достигает +45°С, силу зарядного тока немедленно уменьшают наполовину или прерывают заряд на время, необходимое для снижения температуры электролита до +30°С.
Аккумулятор считается заряженным, если плотность электролита и напряжение остаются постоянными в течение 2 часов подряд и наблюдается равномерное выделение газов из всех секций аккумулятора.
После заряда проверьте уровень электролита в каждой секции АКБ и при необходимости долейте дистиллированной воды.

Никель-кадмиевый (Ni-Cd)
Первая никель-кадмиевая перезаряжаемая батарея была изобретена Вальдемаром Янгером (Waldmar Jungner) более 100 лет назад — в далеком 1899 году. Это был открытый аккумулятор, в котором внутренние газы, выделяющиеся во время заряда, выпускались в атмосферу. В то далекое время никель и кадмий, используемые в аккумуляторе, были дороги, поэтому такие батареи не получили широкого распространения. Только после войны — в 1947 году — был изобретен герметичный Ni-Cd аккумулятор. В таком аккумуляторе выделяемые газы не выводились наружу, а рекомбинировали внутри. Кроме того, внутрь пористого пластинчатого никелевого электрода были введены активные материалы, что позволило улучшить параметры Ni-Cd аккумуляторов и значительно снизить стоимость их производства. С тех пор конструкция Ni-Cd батарей существенно не изменялась.

Никель-металлогидридный (Ni-MH)
Ni-MH аккумуляторы разрабатывались как замена никель-кадмиевым. Работа над ними началась в 70-е годы, однако металлогидридные соединения, достаточно устойчивые для применения в аккумуляторах, были найдены только в 80-х. И, начиная с конца 80-х, характеристики Ni-MH аккумуляторов постоянно улучшаются. Сейчас Ni-MH аккумуляторы практически заменили никель-кадмиевые в бытовых приборах. Это один из самых распространенных типов аккумуляторов. Они обладают на 30-40% большей энергетической плотностью и экологически безвредны, так как не содержат кадмий.

Литий-ионный (Li-Ion)
Работа по созданию батарей на основе лития была начата еще в 1912 году Г. Н. Льюисом (G. N. Lewis). Однако первые литиевые батарейки появились в продаже только в начале 70-х. Попытки разработать перезаряжаемые источники тока на основе лития предпринимались еще в 80-е годы, но были неудачными из-за невозможности обеспечения приемлемого уровня безопасности при обращении с ними. Так, первые партии литиевых аккумуляторов, поставленных в Японию в 1991 году, были отозваны производителями после того, как в результате взрывов этих элементов питания мобильных телефонов от ожогов пострадали несколько человек. Из-за свойственной литию неустойчивости исследователи повернули свой взор в сторону неметаллических литиевых аккумуляторов на основе ионов лития. И в том же 1991 году корпорацией Sony был выпущен первый литий-ионный аккумулятор. Для обеспечения безопасности и долговечности Li-ion аккумуляторы оснащаются электрической схемой управления, которая ограничивает ток и напряжение заряда и разряда, а также контролирует температуру аккумулятора.

Литий-полимерный (Li-Pol)
Литий-полимерный аккумулятор — новичок на рынке бытовой электроники. Главное его отличие от аккумуляторов других электрохимических систем заключается в типе используемого электролита. Изначально в литий-полимерных аккумуляторах вместо традиционного пористого сепаратора, пропитанного электролитом, использовался сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку. Однако такие сухие Li-Pol аккумуляторы могут использоваться только при температуре более +60 С. При комнатной температуре они обладают недостаточной электропроводностью и не могут обеспечить величину тока, необходимую для питания современных мобильных телефонов.
Текст взят с сайта: http://4pda.ru/94/

Это самопроизвольная потеря аккумулятором запасенной энергии с течением времени после того, как он был полностью заряжен. Явление саморазряда присуще всем типам аккумуляторов, независимо от их электрохимической системы. Для количественной оценки саморазряда используется величина потерянной аккумулятором за определенное время энергии, выраженная в процентах от значения, полученного сразу после заряда. Саморазряд максимален в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Поэтому оценивается саморазряд за одни сутки и за один месяц после заряда. Следует также отметить, что величина саморазряда зависит от температуры, с увеличением окружающей температуры саморазряд увеличивается. Например, при увеличении температуры с 20 до 30 градусов саморазряд увеличивается почти в 2 раза. Для исправных Ni-Cd аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончания заряда, для Ni-MH — немного больше, а для Li-Ion, как и для Li-Pol, пренебрежимо мал и оценивается только за месяц. За такой период Ni-Cd аккумуляторы теряют до 20% запасенной энергии, Ni-MH — до 30%, a Li-Ion — не более 10%. Срок службы аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда/разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Также срок службы определяется временем, прошедшим со дня изготовления, особенно для Li-Ion аккумуляторов. Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости до 60% - 80% от номинального значения. Срок службы аккумулятора зависит от различных факторов: от его электрохимической системы, от методов заряда и глубины разряда, от условий эксплуатации и процедуры обслуживания.