Автомобильный аккумулятор

Автомобильный аккумулятор

Автомобильный аккумулятор является важным элементом электрооборудования — наряду с генератором выступает источником тока. В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет несколько функций:

• питание стартера при запуске двигателя;
• питание потребителей при выключенном двигателе;
• питание потребителей в дополнение к генератору при включенном двигателе.

При совместной работе с генератором аккумуляторная батарея обеспечивает переходные процессы, требующие большого тока, а также сглаживает пульсацию тока в электрической сети.

Устройство аккумуляторной батареи

На легковых автомобилях в качестве стартерных применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Конструкция аккумуляторных батарей постоянно совершенствуется.

Каждая батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, объединенных в одном корпусе. Корпус изготавливается из пропилена, стойкого к кислоте и не проводящего ток. Отдельный аккумулятор объединяет чередующиеся положительные и отрицательные электроды, покрытые слоем активной массы. Изоляцию пластин противоположной полярности обеспечивает пластмассовый сепаратор.

Электроды изготавливаются из свинцового сплава. В современных аккумуляторах положительные и отрицательные электроды изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава. Такие батареи имеют низкий уровень саморазряда (потеря 50% емкости за 18 месяцев) и минимальный расход воды (1 г/Ач). Это дает возможность полностью исключить добавление воды за период эксплуатации – необслуживаемая аккумуляторная батарея.

Реже можно встретить более дешевую конструкцию, т.н. гибридную аккумуляторную батарею. В ней положительные электроды свинцово-сурмяные, а отрицательные – свинцово-кальциевые. В таких батареях расход воды в полтора-два раза больше кальциевой батареи, но они также не требуют обслуживания.

Для повышения стойкости электродов к коррозии в свинцово-кальциевый сплав может добавляться серебро, олово.

Электроды имеют решетчатую структуру. Технологии изготовления положительных и отрицательных электродов отличаются. Решетка отрицательных электродов по технологии Expanded metal получается путем просечки свинцового листа с последующей растяжкой.

При производстве положительных электродов используется несколько технологий. Самая совершенная технология Power Frame. Каждый электрод Power Frame имеет опорную раму и внутренние жилки определенной направленности, чем достигается высокая жесткость и минимальное линейное расширение. Более простые электроды, изготовленные по технологии Power Pass (вертикальные жилки стягиваются к ушку электрода), Chess Plate (жилки электродов расположены в шахматном порядке).

Каждый электрод покрывает слой активной массы. У положительных электродов активная масса состоит из диоксида свинца. В отрицательных пластинах активная масса представлена губчатым свинцом.

Электроды помещены в электролит, в качестве которого используется раствор серной кислоты. Электролит имеет определенную плотность, которая изменяется в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи (чем выше заряженность, тем выше плотность).

В зависимости от физического состояния электролита различают два вида аккумуляторных батарей: с жидким электролитом и с пропитавшим специальный материал (нежидким) электролитом. Сегодня наиболее распространены аккумуляторные батареи с жидким электролитом.

Новые системы автомобиля, такие как система стоп-старт, система рекуперативного торможения, предъявляют повышенные требования к аккумуляторной батарее — высокий пусковой ток, стойкость к глубокому разряду, долговечность. Этим требованиям отвечают аккумуляторные батареи AGM (Absorbed Glass Material), в которых электролит удерживается в микропористом материале. В батарею заливается такое количество электролита, которое может впитать материал. Данная технология обеспечивает повышение эффективности активной массы за счет лучшего поглощения кислоты.

Промежуточное положение между аккумуляторами с жидким электролитом и AGM батареями занимают аккумуляторные батареи EFB (Enhanced Flooded Battery) – технология влажного электрода. В батарее EFB электроды покрыты пленкой из микроволокна, которая удерживает энергию и обеспечивает стабильность к циклическому разряду. Батарея, при этом, заполнена жидким электролитом.

В перспективе аккумуляторы типа AGM и EFB полностью заменят свинцово-кальциевые батареи с жидким электролитом. Сдерживающим фактором пока выступает высокая цена новых источников тока.

Зарядка аккумуляторной батареи сопровождается газообразованием. Отвод газов от аккумуляторной батареи осуществляется с помощью системы вентиляции. Центральная система вентиляции соединяет каждый отдельный аккумулятор в составе батареи с атмосферой. За счет предохранительных клапанов система герметична. Клапан устанавливается в пробке аккумулятора и срабатывает при определенном избыточном давлении. Система носит название Valve Regulated Lead Acid Battery или VRLA батарея. Кислород и водород, образующиеся при заряде, не покидают аккумулятор, а взаимодействуют между собой с образованием воды. Их выход происходит только при высоком напряжении заряда.

Система вентиляции лабиринтной конструкции более совершенна. Она обеспечивает конденсацию выходящих паров и возвращение жидкости обратно в аккумулятор. Отдельные аккумуляторные батареи оборудуются пламегасителем, который в случае возгорания выходящих паров отсекают пламя от батареи и не пускают его внутрь. Пламегаситель устанавливается на выходе вентиляционной системы и представляет собой мембрану из особого материала.

Подключение аккумуляторной батареи к электрической сети производится с помощью двух свинцовых выводов. Положительный вывод всегда толще отрицательного, что исключает ошибку при подключении батареи. Полярность (расположение) выводов может быть прямой или обратной. При прямой полярности положительный вывод батареи расположен слева, при обратной полярности справа. Необходимо помнить, что длина проводов, которыми подключается аккумулятор, рассчитана на определенную полярность.

Автомобильные аккумуляторы оборудуются индикатором заряженности батареи, т.н. «глазком». Плотность электролита оценивается по цвету «глазка» («зеленый» – батарея заряжена, «черный» – недостаточный заряд, «желтый» – низкий уровень электролита).

На автомобиле аккумуляторные батареи жестко закрепляются с помощью специального крепления, предупреждающего их повреждение и разлив электролита. Крепление может быть верхнее (рамка) или нижнее (скоба, закрепляемая за выступы основания). Для батарей, располагающихся в центральной части или багажнике автомобиля предусматривается аварийный размыкатель аккумуляторной батареи.

Работа аккумуляторной батареи

Принцип действия аккумуляторной батареи основан на преобразовании электрической энергии в химическую энергию при заряде и наоборот химической энергии в электрическую при разряде. Работа аккумуляторной батареи носит циклический характер: разряд-заряд.

Разряд происходит при подключении потребителей. При разряде активная масса положительных (диоксид свинца) и отрицательных (губчатый свинец) электродов взаимодействует с электролитом. При этом образуется сульфат свинца и вода, плотность электролита уменьшается.

При работающем двигателе аккумуляторная батарея заряжается от генератора. Аккумуляторную батарею также можно зарядить с помощью специального зарядного устройства. При зарядке сульфат свинца и вода преобразуются в свинец, двуокись свинца и серную кислоту. Плотность электролита повышается.

Заряд батареи должен производиться при оптимальном напряжении. Высокое напряжение приводит к сильному разложению воды и снижению уровня электролита. Низкое напряжение чревато неполной зарядкой батареи и, соответственно, уменьшением срока ее службы.

Работа аккумуляторной батареи зависит от температуры окружающего воздуха. При повышении температуры увеличивается отдаваемая мощность, но вместе с ней увеличивается саморазряд и коррозия электродов. Понижение температуры сопровождается снижением разрядной емкости, замедлением химических процессов и уменьшением плотности электролита.

При отсутствии нагрузки процессы в аккумуляторной батарее продолжаются — происходит ее саморазряд. Величина саморазряда зависит от температуры окружающего воздуха и конструкции батареи (электродов).

Срок службы аккумуляторной батареи составляет в среднем 4-5 лет и во многом зависит от режима эксплуатации. Производители постоянно работают над повышением эффективности аккумуляторной батареи, увеличением срока ее службы. Среди перспективных направлений:

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

Параметры автомобильного аккумулятора

Основными параметрами автомобильной аккумуляторной батареи являются: номинальная емкость, номинальное напряжение и ток холодной прокрутки. Данные параметры отражаются в маркировке аккумуляторной батареи, которая наносится на корпусе.

Номинальная емкость определяется отдаваемой энергией полностью заряженной батареи при двадцатичасовом разряде. Измеряется в ампер-часах (Ач). К примеру, батарея емкостью 50 Ач в течение двадцати часов может отдавать ток 2,5 А.

Большее практическое значение имеет т.н. резервная емкость. Данный неофициальный параметр измеряется в минутах. Резервная емкость аккумуляторной батареи легкового автомобиля при нагрузке 25 А и падении напряжения до 10,5 В должна составлять не менее 90 минут. В течение данного промежутка времени аккумулятор может работать за себя и за генератор.

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи складывается из напряжения отдельных аккумуляторов. Номинальное напряжение аккумуляторной батареи легкового автомобиля составляет 12 В.

Ток холодной прокрутки определяет возможность аккумуляторной батареи при запуске в холодное время. Представляет собой величину тока, который батарея способна отдать при температуре -18оС в течение 10 с напряжением не менее 7,5 В. Чем выше ток холодной прокрутки, тем легче двигатель будет запускаться зимой.

Сульфатация пластин

Когда аккумулятор разряжен, рыхлая активная масса превращается в твердые микрокристаллы сульфата свинца. Если зарядку аккумулятора не производить длительное время, микрокристаллы укрупняются, налет уплотняется и перекрывает доступ электролита к пластинам, что делает зарядку аккумулятора невозможной.

Факторы, повышающие риск сульфатации:

• длительное хранение в разряженном состоянии;
• эксплуатация при высокой температуре окружающей среды;
• хронический недозаряд аккумулятора в циклическом режиме (необходим 100% заряд не реже чем раз в месяц);
• экстремально глубокий разряд аккумулятора.

Сульфатация пластин может быть частично устранена специальными режимами заряда АКБ.

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.

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.

Типы гидроаккумуляторов

Современные условия жизни побуждают нас к постоянному совершенствованию наших знаний и навыков. Исключениями не стали и технологии производства с автоматизацией производственных процессов. С течением времени механические шестерни стали слишком громоздкими, а цепи – тяжеловесными; силы трения маховиков и валов стали недопустимо велики. Требовалось создание привода, способного выполнять все возложенные на него нагрузки, будучи в тоже время компактным и простым в монтаже и эксплуатации. Такой системой передачи энергии стал гидропривод.

В качестве рабочей жидкости была практически несжимаемая среда — минеральное масло. Для создания необходимого давления был разработан ряд насосов, приводимых в движение двигателями, которые, по своему разнообразию типов, справлялись с различными задачами в различных условиях эксплуатации. Понадобились устройства, которые бы распределяли жидкость по разные направлениям и линиям, изменяя скорость движения жидкости и её давление в системе. Так появились гидрораспределители и клапаны. В роли самих исполнительных механизмов были разработаны гидроцилиндры (для линейного перемещения) и гидромоторы (поступательно-вращательные действия).

Так как механические процессы всё равно в некоторой степени присутствуют, в гидравлической системе образуется продукт трения и износа, пыль и осадок. Для решения этой проблемой были внедрены специальные промышленные фильтры, очищающие рабочую жидкость от всевозможных механических примесей для стабильной и продолжительной работы всех компонентов системы. В качестве линий соединений всех этих устройств используются рукава высокого давления (РВД), представляющие собой резиновые шланги с металлическим сетчатым каркасом внутри, которые могут быть протянуты на довольно значительные расстояния. Это свойство является одним из главных преимуществ гидравлики. Есть ещё одно устройство, которое мы не упомянули, но о котором в этой статье хотелось бы рассказать подробнее. Это устройство, способное накапливать энергию жидкости, когда энергия избыточна, и отдавать, когда она необходима. Это устройство получило название гидроаккумулятор.

Как понятно из самого названия, которое состоит из двух частей: гидра (жидкость) и аккумулятор; данное устройство аккумулирует (накапливает) жидкость под давлением, что является его основной, но не единственной функцией. Также их называют пневмогидроаккумуляторами. Происходит это потому, что для большей эффективности и уравнивания давлений жидкость в аккумуляторе подвергается давлению сжатого газа (Вместо газа иногда используется пружина, однако, данный тип аккумуляторов, как и грузовой, не получили большого распространения, они используются в специальных случаях и подробно на них останавливаться не будем). Так как газы растворимы в жидкостях, для разделения этих сред применяют каучук. Состав данного материала может меняться в зависимости от среды и условий использования. В качестве газа подразумевается, в основном, азот и никогда — взрывоопасные газы, такие, как кислород.

Гидроаккумулятор – это сосуд, работающий под давлением, который позволяет накапливать гидравлическую энергию и возвращать её в систему в нужный момент.

По способу накопления энергии гидравлические аккумуляторы разделяются на два типа:

• гидроаккумуляторы с механическим накопителем;
• гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем.

Гидроаккумуляторы с механическим накопителем по конструкции разделяются на две основные группы:

• грузовые гидроаккумуляторы;
• пружинные гидроаккумуляторы.

В грузовых гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счет потенциальной энергии находящегося на определённой высоте груза. В пружинных гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт механической энергии сжатой пружины. В пневмогидравлических аккумуляторах (пневмогидроаккумуляторах) накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт энергии сжатого газа. В пневмогидроаккумуляторах в качестве сжимаемой среды используется газ азот.

Каждому типу гидроаккумуляторов свойственны свои преимущества и недостатки.

Грузовой гидроаккумулятор

Преимущества:

• постоянное давление аккумулятора;
• простота конструкции;
• большой рабочий объём;
• низкая стоимость.

Недостатки:

• низкая энергоёмкость;
• высокая инерционность;
• громоздкость конструкции;
• низкое давление.

Пружинный гидроаккумулятор

Преимущества:

• относительная простота конструкции ;
• невысокая стоимость.

Недостатки:

• давление зависит от характеристики и линейной деформации пружины;
• небольшой рабочий объём;
• инерционность.

Пневмогидравлический гидроаккумулятор

Преимущества:

• высокая энергоёмкость при малых размерах;
• различные исполнения по конструкции и назначению;

Недостатки:

давление аккумулятора изменяется в соответствии с политропным процессом сжатия и расширения газа.

Ввиду ряда недостатков гидроаккумуляторы с механическим накоплением энергии не получили широкого распространения и имеют ограниченное применение. Наиболее широкое применение на практике во всём мире получили пневмогидравлические аккумуляторы. Процесс сжатия и расширения газа в пневмогидроаккумуляторе является политропным процессом. Для модели идеального газа справедлива зависимость: PV n = P₁*V₁ n = P₂*V₂ n . Причём, интервал времени, за который происходит процесс, учитывает показатель политропы «n». Медленно протекающие процессы расширения и сжатия газа близки к изотермическому с показателем политропы n

1. Быстрому расширению и сжатию газа близок адиабатный процесс, поэтому показатель политропы принимается n

1,4. При давлении выше 200 бар поведение реального газа отличается от поведения модели идеального газа и, если его не учитывать, то при расчётах получается заниженное значение объёма гидроаккумулятора. В этом случае необходимо ввести корректирующий коэффициент, учитывающий это несоответствие. При практическом применении зависимость давления от объёма газа может быть снижена за счёт увеличения газовой полости путём присоединения дополнительного объёма.

При малом изменении давления в жидкостной полости гидроаккумулятора газ сжимается незначительно. В этом случае для поддержания давления в узком диапазоне изменяемый объём гидроаккумулятора может оказаться недостаточным для рабочего процесса. Для того, чтобы изменение объёма в меньшей степени влияло на изменение давления, газовую полость гидроаккумулятора увеличивают посредством подключения к ней дополнительного ресивера. В этом случае объём газовой полости складывается из объёма ресивера и изменяемого объёма гидроаккумулятора. Экономически целесообразно применять гидроаккумуляторы в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. Установленная мощность гидропривода при этом может быть уменьшена в полтора-два раза, а потребление энергии такой системой можно снизить более, чем на 50%. Различные по конструкции (поршневые, баллонные, мембранные, сильфонные) и назначению пневмогидроаккумуляторы позволяют получить решения для многих задач, таких как:

• аккумулирование гидравлической энергии;
• питание системы в нештатных и аварийных ситуациях;
• уравновешивание сил и нагрузок;
• компенсация утечек;
• компенсация объёмов рабочей жидкости;
• демпфирование пульсации поршневых насосов;
• демпфирование пульсаций в напорных и всасывающих магистралях;
• демпфирование пульсации при работе топливных насосов высокого давления дизельных двигателей;
• гашение гидроударов;
• амортизационная подвеска мобильной техники и пр.

По конструктивному исполнению пневмогидроаккумуляторы делят на три типа:

• баллонные
• поршневые
• мембранные

Рассмотрим каждый из типов более подробно:

Баллонный гидроаккумулятор — самый распространенный тип аккумулятора на средний расход в гидроприводах быстрого действия. В качестве разделителя среды используется резиновый баллон. Изначально баллон находится под давлением газа. Жидкостная полость соединена с системой. При увеличении давления в системе, баллон сжимается, вбирая в аккумулятор некоторое количество жидкости. При уменьшении давления сжатый газ вытесняет жидкость обратно в систему. Устанавливаются обычно вертикально или горизонтально. Полость жидкости должна находиться снизу. Работать могут в диапазоне температуры от -50°С до + 150°С. Каучуковый баллон по мере износа может быть заменен на новый.

Поршневой гидроаккумулятор — простота конструкции обеспечивает ему сравнительно небольшую стоимость по сравнению с возможностью работать на больших объёмах (до 600 литров). Принцип работы такой же, как и у баллонного, с той лишь разницей, что в качестве разделительной среды используется металлический поршень. От материала уплотнений в поршне зависит среда и температура, с которой совместимы гидроаккумуляторы. В связи со своими особенностями, поршневой аккумулятор имеет свои преимущества, по сравнению с остальными. Вот некоторые из них:

• широкий ассортимент изделий: от 0.1 до 1200 л номинального объема;
• высокое соотношение между давлением зарядки газа и максимальным рабочим давлением жидкости;
• экономичное решение использования газовых резервных баллонов для систем с низкой разницей давлений;
• возможны низкие скорости потока. Ограничение: максимальная скорость поршня;
• экономия мощности;
• высокий уровень эффективности гидравлической установки;
• отсутствие возникновения внезапного падения давления газа при износе уплотнений;
• компактность;
• контроль объема жидкости по всей длине хода поршня, например, с помощью электрического конечного выключателя.

Мембранный аккумулятор — ввиду своих небольших размеров, используется чаще всего там, требуется моментальное высвобождение энергии при небольших размерах (например, станки или мобильная техника). Диапазон вместимости рабочей жидкости варьируется от 0,75 до 4 литров. Принцип работы схож с поршневым аккумулятором, только в качестве разделителя сред применяется каучуковая мембрана. Различают два типа мембранных аккумуляторов: со сварным и разборным корпусом. В сварной конструкции мембрана запрессована в кольцевой паз внутри корпуса, а специальная технология обеспечивает минимальный нагрев во избежание повреждений мембраны при сварке. В этом заключается отличие от разборной мембраны, где верхняя и нижняя части корпуса соединены посредством резьбы. Такое устройство позволяет заменять мембрану, не меняя корпус. Допустимая рабочая температура от -10°С до +80°С.

В процессе использования гидравлических систем было разработано много дополнительных устройств для более удобного использования и обслуживания гидроаккумуляторов. Например, запорно-предохранительные блоки, которые монтируются между аккумулятором и рабочей линией для предохранения его от перегрузки, его отключения и разрядки (применяют ручное и электрическое управление). Непосредственно, для заправки азотом аккумулятора, появились зарядные устройства. Их можно поделить на два вида по конструктивному и принципиальному исполнению: переливного типа и вакуумной перекачки. Первый вид представляет собой перепускной или редукционный клапан с манометром, который подключается к газовой полости аккумулятора и баллону с азотом. Заправка происходит по принципу перетекания из области высокого давления (азотный баллон) в область низкого (аккумулятор). Второй вид является более сложным устройством, обычно состоящим из гидравлической маслостанции, вакуумного насоса и с полностью автоматизированным управлением. Перекачивает азот путем вакуумной откачки из азотного баллона и наполнения газовой полости аккумулятора. Перед переливным типом имеет то преимущество, что может полностью выкачать газ из азотного баллона и имеет возможность работать с большими давлениями. Следует отметить, что у каждого производителя свои подсоединения к газовой полости, поэтому, если на предприятии установлено сразу несколько разных видов, необходимо иметь в наличии различные переходники. В настоящий момент, гидроаккумулятор установлен в среднем на двух из трёх гидравлических систем. Следует помнить, что, так как пневмогидроаккумулятор — это устройство, работающее под давлением, оно обязано иметь сертификат по безопасности той страны, в которой применяется. Это касается также и запорно-предохранительных блоков. Ведь зачастую только соблюдая правила безопасности и правильные условия эксплуатации можно добиться продуктивного, бесперебойного и долговременного протекания рабочего процесса.

Авторы:

• к.т.н, инженер технического бюро Хюдак Новокузнецк Кариколпаков Василий Михайлович
• инженер технического бюро Хюдак Санкт-Петербург Шашков Дмитрий

Принцип работы

Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую. Когда аккумулятор подключен к потребителям энергии, то происходит его разрядка.

Химическая формула реакции

Происходит следующий процесс. На катоде идет восстановление диоксида свинца. Свинец на аноде окисляется. Серная кислота вступает в реакцию с металлами на обеих пластинах. При этой реакции образуется сульфат свинца. Процесс называется сульфатацией. Из серной кислоты выделяется водород, который затем вступает в реакцию с кислородом из положительно заряженной пластины. Образуется вода, а серная кислота расходуется. Плотность электролита понижается. Процесс реакции показан на картинке.

При зарядке весь процесс происходит в обратном порядке. Серная кислота восстанавливается. Вновь образуется диоксид свинца и серная кислота. При полной зарядке плотность электролита должна быть в пределах 1,29 гр/см3. Это значение показывает уровень содержания серной кислоты на один кубический сантиметр электролита.

Таким образом, работа батареи основана на циклах заряд-разряд. Если допустить глубокий разряд, процесс может быть необратимым. Останется только вода и сульфат свинца. Поэтому нужно всегда следить за уровнем заряда.

Резервные ИБП

Так называемые резервные ИБП являются самыми простыми и доступными. Принцип работы бесперебойника данного типа крайне прост: электропитание нагрузки осуществляется через сеть, если там имеется напряжение, в противном случае происходит переключение питания от АКБ. Зарядка АКБ осуществляется вовремя работы ИБП. Согласно статистике, эффективность таких ИБП при сбоях питания составляет 55-60%.

В большинстве случаев рассказать о том, как работает ИБП для компьютера, можно сославшись на принцип работы оффлайн ИБП. Большинство домашних бесперебойников для компьютера выполнены по данной технологии. Уровень защиты, который они могут обеспечить является самым низким из всех существующих бесперебойников. Фильтрация сигнала осуществляется лишь частично. Зачастую такого уровня защиты для домашней техники вполне достаточно, так как качество питания в таких сетях несколько выше, чем в промышленных.

Резервные ИБП прекрасно работают в паре с компьютером, но при этом они абсолютно не совместимы для работы в паре с насосами, котлами отопления и другой подобной техникой, так как работа ИБП резервного типа не обеспечивает синусоидальную форму напряжения. Для компьютеров это не критично, так как в них используются коммутируемые источники питания. Этот факт позволяет таким устройствам выдержать небольшой провал питания за счёт наличия некоторого количества энергии в собственных конденсаторах. Время переключения офлайн с сети на АКБ колеблется от 2 до 15 миллисекунд. Схема работы ИБП включает в себя инвертор, который превращает постоянный ток АКБ в переменный. Следует заметить, что такие ИБП, как правило, являются маломощными.

Особенности конструкции современных АКБ

Не смотря на то что, принципиально, аккумуляторы, за более чем 150 лет, не изменились, современность внесла серьёзные изменения в технологию их изготовления и в материалы, из которых они делаются.

Рассмотрим их по отдельности:

• Пластины

Сегодня на наиболее качественных батареях небольшие изменения претерпел материал пластин. Теперь пластины делают не из чистого свинца, а из его сплава с серебром. При этом появилась возможность 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.

Замыкание происходит из-за того, что из пластин осыпается активная зона и внизу банок она замыкает. Во избежание этого сепараторы делают в виде конвертов, запаянных снизу, под пластинами. Таким образом, когда активная зона осыпается она остаётся внутри конверта и не замыкает.

В материал же самих сепараторов сегодня добавляется стекловолокно. Это так же позволяет делать их тоньше и прочнее.

• Электролит

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

Но он всё равно 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

Аккумуляторы с гелиевыми электролитами можно считать вершиной эволюции кислотных батарей и именно поэтому для них, отведен отдельный раздел. 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. Батареи стали практически вечными, невосприимчивыми к переворачиванию, практически не теряющими свои свойства зимой и при этом на много легче по массе.

Правда цена по сравнению с аккумуляторами старого поколения возросла от 5 до 10 раз. Но это того стоит. И всё равно стоят они не запредельные деньги, где-то в пределах 100 – 200 условных единиц.

Аккумулятор 12В состоит из нескольких независимых друг от друга банок — аккумуляторов по 2 В. каждый. Аккумуляторы последовательно собираются и соединяются между собой в одном корпусе.

1. Банка аккумулятора состоит из полюсных пластин, изолированных друг от друга кислотоупорными сепараторами.
2. Корпус аккумулятора изготовлен из специальной кислотоупорной пластмассы или эбонита. В корпусе вылиты специальные отсеки для установки банок аккумулятора.
3. Полюсная пластина представляет собой решетку с ячейками, изготавливаемую из свинца. В каждую ячейку решетки впрессовано активное вещество пористой структуры, что обеспечивает увеличение площади соприкосновения с электролитом.

В состав активного вещества входит свинцовый порошок с добавлением серной кислоты. В отрицательных пластинах размещается сернокислый барий. Во время формировки АКБ пластины заряжаются, и активное вещество превращается в диоксид свинца, а в отрицательных – в губчатый свинец.

Электролит – специальная жидкость, которая заливается в банки аккумулятора и служит для движения заряженных частиц от полюса к полюсу. Электролит состоит из серной кислоты и очищенной дистиллированной воды.

***

Теперь вы знаете, что такое контроллер батареи в мобильном устройстве и сможете разобраться, является ли причиной неполадки одна из его функций. Например, это может быть перегрев, либо неисправный адаптер питания со слишком высоким значением напряжения.

Хотите добавить что-то важное о контроллерах? Оставьте информацию или вопрос в комментарии. Ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.