GS Yuasa - Какво е батерия и как работи
Първо, името "батерия", често срещано сред собствениците на автомобили, не е напълно вярно. По-правилно е да се каже "батерия" или батерия (професионално съкращение).
Батерията е устройство от няколко електрически батерии (има шест от тях в 12V батерия), свързани с джъмпери в една верига, предназначени да съхраняват електричество в химическа форма и след това да го предават под формата на постоянен ток по контролиран начин.
Всички видове електрически батерии съдържат положителни и отрицателни електроди, потопени в електролит, докато цялата конструкция е поставена в контейнер. Най-често срещаният тип акумулатор, използван в автомобилите днес, е оловно-киселинният. Именно за него ще говорим в нашите публикации.
Оловно-киселинните батерии са вид батерия, в която положителните и отрицателните електроди са направени от оловна сплав и са поставени в разтвор на сярна киселина (електролит).
Оловно киселинните батерии са акумулаторни батерии. Това означава, че те могат да се презареждат отново и отново, след като зарядът им свърши. Първичните клетки, напротив, се зареждат само веднъж и след това се изхвърлят (например батерии за фенерчета и радиостанции).
Какъв е принципът на работа на батерията?
Положителният електрод на батерията е направен от оловен диоксид, отрицателният електрод е направен от поресто олово. Когато към батерията се приложи електрическо натоварване (например, когато фаровете са включени или стартерът е завъртян), електрически ток протича през електролита на батерията и външния товар. В резултат на това батерията се разрежда, химичният състав на електродите се променя, превръщайки се в оловен сулфат.
Батерията може да се зарежда чрез преминаванепо-малко ток от външен източник на захранване като генератор, динамо или зарядно устройство за батерии. В този случай оловният сулфат се превръща в изходен материал - оловен диоксид и поресто олово.
Докато батерията се зарежда, протича процесът на хидролиза - електричеството разделя водата в електролита на два компонента - водород и кислород. Ето защо батерията отделя газ, когато се зарежда.
От какво е направена батерията?
Тъй като положителните и отрицателните електроди са направени от меки материали, те се нуждаят от механична свързваща опора, която е решетка от оловна сплав. Използването на сплави се дължи на факта, че чистото олово без примеси също има мека структура.
В допълнение към задържането на активната маса на електродите, решетката действа като проводник на електричество от електродите към външни консуматори.
На първия етап от производството електродите се изработват от смес от оловен оксид и оловен сулфат. След това, по време на първото зареждане на батерията, тази смес се превръща в оловен диоксид в положителния електрод и в поресто олово в отрицателния. Отрицателният електрод също съдържа някои добавки за подобряване на стартирането на батерията при ниски температури.
Комбинацията от решетка и електрод обикновено се нарича плоча.
Електролитът е воден разтвор на сярна киселина. Той служи като проводник на електрически йони между положителните и отрицателните пластини при зареждане и разреждане на батерията. Киселината също участва в саморазреждането на батерията, тъй като сулфатните йони влизат в химическа реакция на електродите и образуват оловен сулфат.
Разделителят е изолатор, поставен между положителните и отрицателните електроди, за да се предотврати късо съединение. Сепараторът трябва да е микропорест, т.е. имат малкидупки, позволяващи на йоните да преминават през сепаратора от една плоча в друга. Освен това трябва да издържа на високи температури и киселинна среда вътре в батерията.
Повечето съвременни сепаратори са изработени от микропорест полиетилен, чиито свойства са най-подходящи за работа в агресивната среда на оловно-киселинните батерии.
Корпус и капак
Те обикновено се правят от полипропилен (PP) съполимер, който е лек, но много здрав. За разлика от други видове пластмаса, полипропиленът не става крехък при ниски температури и има висока устойчивост на удар. Не се разпада при контакт с киселина и други течности, които се използват в автомобила (бензин, дизелово гориво, спирачна течност, антифриз).
1 - решетка с положителен електрод; 2 - положителен електрод; 3 - сепаратор; 4 - решетка с отрицателен електрод; 5 - отрицателен електрод; 6 - блок от отрицателни електроди; 7 - секция на батерията; 8 - блок от положителни електроди.
Какво е необслужваема батерия?
Преди 30 години батериите губеха вода много бързо и шофьорите бяха насърчавани да проверяват нивото на киселината в акумулатора всяка седмица! Съвременните необслужваеми батерии не изискват доливане на вода през целия им експлоатационен живот при нормални условия на работа. В тази връзка експлоатационният живот на батерията е увеличен повече от два пъти - от 2 години на 4-5 години.
В миналото решетките на батериите бяха направени от оловна сплав с добавен 10% антимон. Антимонът повишава здравината на решетката, тъй като чистото олово е много меко. За съжаление част от антимона се разтвори в киселината и батерията загуби вода.
Последното подобрение беше добавянето на 0,1% калций вместо антимон, за да се придаде здравина на решетките (таканаречени "калциеви" батерии). В резултат на това електролитът вече е по-малко замърсен и загубата на вода е значително намалена. Такива батерии се наричат без поддръжка, тъй като не се изисква доливане с вода през целия им експлоатационен живот.
МИТ: Батерия без поддръжка е батерия, която няма пробки за пълнене на капачката.
Всъщност терминът "без поддръжка" се отнася до липсата на необходимост от добавяне на вода по време на работа на батерията, докато дизайнът на капака може да бъде различен - както с щепсели, така и без тях.
Защо батериите умират?
Работеща система за зареждане на модерни автомобили зарежда напълно заредена батерия само с малък ток. Когато алтернаторът се повреди, много повече ток протича през акумулатора, докато колата работи. Този ток кара батерията бързо да губи вода (това се отнася дори за батерии, които не се нуждаят от поддръжка), влошавайки нейната производителност и също така намалява живота й, като повреди положителните решетки.
Тъмнокафяво или черно покритие на дъното на вентилационните тапи е сигурен знак за презареждане.
Ако алтернаторът има напрежение, по-високо от 14,8 V при нормална температура, това показва, че системата за зареждане на автомобила е дефектна. При широко разпространена повреда на диода в токоизправителя напрежението на зареждане в батерията ще бъде 16V. В този случай алтернаторът трябва да бъде ремонтиран незабавно, за да се предотврати по-нататъшно увреждане на акумулатора.
Забележка: По-новите превозни средства със Start-Stop и Brake Energy Regeneration използват по-високо напрежение (15,2 V), за да увеличат ефективността и да намалят времето за зареждане на алтернатора.
Работа в режим "дълбок разряд-заряд".
Модерни системи за зарежданеподдържайте батерията във високо ниво на зареждане (SOC) за най-нормална употреба на автомобила. Батерията обаче може да се изтощи при трудни условия или ако превозното средство е оставено на празен ход с електрически товар, като например включени фарове. В съвременните автомобили винаги има постоянно изтичане на ток от акумулатора, благодарение на компютри, аларми, часовници и други постоянни консуматори на енергия. В зависимост от автомобила това може да отнеме седмици или месеци.
Автомобилните батерии са проектирани да приемат ограничен брой цикли на зареждане и разреждане, но не са проектирани да работят при условия на непрекъснати цикли на зареждане и разреждане (режим на дълбоко зареждане-зареждане). За такива условия се използват специални "тягови" батерии.
Продължителната работа при условия на дълбоко разреждане-зареждане на автомобилни батерии ще доведе до тяхната повреда, тъй като активната маса на положителния електрод ще падне на дъното на батерията, намалявайки способността на плочите да съхраняват електричество.
Голям брой малки черни и кафяви частици в електролита показва, че батерията работи при условия на дълбоко разреждане-зареждане.
Сулфатизацията е неразделна част от работата на акумулатора - винаги се получава, когато акумулаторът е разреден. Когато батерията се презарежда, оловният сулфат се превръща обратно в активен материал.
Ако батерията се съхранява разредена за дълго време, сулфатирането постепенно преминава до такъв етап, когато при зареждане вече не може да се превърне напълно в активен материал. Следователно след зареждане батерията няма да има оригиналните си характеристики. При дълбоко сулфатиране на електродите на акумулатора колата може да не стартира.
Недостатъчното зареждане възниква, когато батерията не получава достатъчно заряд от алтернатора. Постоянно състояниенедозареждането постепенно ще доведе до дълбока сулфатация. Тази неизправност може да бъде причинена от рядко използване на превозното средство, често използване в режим на шофиране на къси разстояния или ако превозното средство работи в режим Старт-Стоп в градски райони. Недостатъчното зареждане може да бъде причинено и от напрежение на алтернатора под препоръчаното ниво от 13,6-13,8V.