Типы аккумуляторов.
Типы аккумуляторов, приведенные в этой статье, классифицированы по функциональному применению и в зависимости от материалов электродов и электролита. В отдельном разделе приведены типы аккумуляторов для автомобильной техники.
Электрический аккумулятор — химический источник постоянного тока многоразового пользования. Работа аккумулятора основана на принципе преобразовании одного вида энергии в другой:
а) в процессе зарядки от внешнего источника постоянного тока — электрическая энергия преобразуется в химическую и в таком виде может быть запасена;
б) в процессе разрядки химический вид энергии вновь преобразуется в электрическую энергию.
1. Типы аккумуляторов для автомобильной, тракторной и мото техники подразделяются на вспомогательные источники электроэнергии и основные. К вспомогательным источникам относятся стартерные аккумуляторные батареи, к основным — тяговые аккумуляторные батареи.
Стартерные аккумуляторы при малом внутреннем падении напряжения обладают свойствами кратковременно отдавать большой ток для работы стартера.
Тяговые аккумуляторы способны длительное время обеспечивать непрерывное функционирование электромобилей и другой техники.
2. Типы аккумуляторов в зависимости от материалов электродов и электролита.
2.1. Кислотно — свинцовые аккумуляторы.
Реагентами в полностью заряженных аккумуляторах служат двуокись свинца PbO2 (положительные пластины) и свинец Pb (отрицательные пластины), электролитом — раствор серной кислоты. При разрядке батареи активные массы положительных и отрицательных пластин, взаимодействуя с серной кислотой H2SO4 электролита, превращаются в сернокислый свинец PbSO4 (сульфат свинца). В ходе разрядки батареи происходит разложение серной кислоты. Кислотный остаток So42 поглощается активными массами пластин, а в электролите остается вода.
При зарядке аккумулятора происходит разложение сернокислого свинца на исходные продукты, а также восстановление концентрации электролита.
Кислотно — свинцовые аккумуляторы подразделяется на стартерные, тяговые и стационарные.
Стартерные аккумуляторы используются для запуска двигателя и электропитания устройств автомобиля при неработающем двигателе. Общие технические условия на изготовление батарей аккумуляторных свинцовых стартерных для автотракторной техники изложены в нормативном документе ГОСТ Р 53165 – 2008.
Тяговые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи используются в качестве источника энергии в напольных транспортных средствах с электрической тягой (электропогрузчики, электрокары, электротележки).
Батареи комплектуются из последовательно соединенных жесткими свинцовыми перемычками либо гибкими медными перемычками отдельных тяговых аккумуляторов. Структура условного наименования аккумуляторов и батарей: 2 — вольтаж аккумулятора; 210, 280, 400, 720, 1000, 1200 – номинальная емкость аккумулятора при 5-часовом режиме разряда, Ач.
Пример условного обозначения батареи, состоящей из 24 аккумуляторов: батарея 24 х 2 — 280 (емкость 280Ач, напряжение 48 вольт).
Аккумуляторы изготавливаются с классическими панцирными электродами (1500 циклов разряд-заряда). Батареи эксплуатируются при температуре окружающего воздуха от минус 20 до плюс 45°С, при этом температура электролита в аккумуляторах должна быть не ниже 0°С и не выше плюс 45°С.
Батареи поставляются в сухозаряженном состоянии в комплекте с электролитом, либо залитыми электролитом и заряженными (Тюменский аккумуляторный завод).
Стационарные аккумуляторные батареи используются в качестве источника постоянного тока на на объектах энергетики и связи. Работают в режиме непрерывного подзаряда.
2.2. Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd).
Катод — гидрат закиси никеля Ni(OH)2 с графитовым порошком.
Электролит — гидроксид калия KOH плотностью 1,19–1,21 г/см3 с добавкой гидроксида лития LiOH (для образования никелатов лития и увеличения ёмкости на 21–25%)
Анод — гидрат закиси кадмия Cd(OH)2 или металлический кадмий Cd (в виде порошка).
Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются на электрокарах как тяговые, трамваях и троллейбусах для питания цепей управления, речных и морских судах. Широко применяются в авиации в качестве бортовых аккумуляторных батарей самолётов и вертолётов. Используются как источники питания для автономных шуруповертов и дрелей.
2.3. Железо – никелевые аккумуляторы — это вторичный (обратимый) химический источник тока, в котором железо — анод, электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия, катод – гидрат окиси никеля.
Это достаточно выносливые аккумуляторы, стойкие к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары) и имеющие очень длительный срок службы.
Используются для резервного электропитания там, где могут быть постоянно заряжаемыми. Срок службы в таком случае может быть более 20 лет, а также используются в качестве тяговых аккумуляторов на различном электротранспорте, в системе электрооборудования пассажирских вагонов, а также моторвагонного подвижного состава и локомотивов (для питания цепей управления).
2.4. Выпускаются также никель-металл-гидридные (Ni — MH) аккумуляторы, литий-ионные (Li ‑ ion) и литий-полимерные (Li ‑ pol) для мобильных устройств, строительных электроинструментов и электромобилей.
3. Типы аккумуляторов для автомобильной техники.
Кислотно — свинцовые аккумуляторы в зависимости от добавок для материала электродов подразделяются на сурьмянистые, малосурьмянистые, кальциевые и гибридные.
3.1. Сурьмянистые аккумуляторы.
Положительные и отрицательные пластины аккумулятора отливают в форме решеток из свинца с добавлением для прочности и лучших литейных качеств около 6 процентов сурьмы. Сурьма, содержащаяся в сплаве положительных пластин, постепенно переходит через раствор на поверхность отрицательного электрода. Накопление большого количества сурьмы на поверхности отрицательных пластин понижает напряжение начала электролиза. Вследствие этого в батарее наблюдается интенсивное газовыделение. Это ведет к испарению воды из раствора серной кислоты, изменению его концентрации и уменьшению объема. Аккумуляторы с таким содержанием сурьмы изготавливают легкообслуживаемыми, то есть c возможностью заливки в каждую банку дистилированной воды (электролита). Корпус черный пластмассовый или эбонитовый, верхняя часть батареи залита смолой. В настоящее время сурьмянистые батареи не устанавливаются на автомобили. Применяются малосурьмянистые аккумуляторы.
3.2. Малосурьмянистые аккумуляторы.
Положительные и отрицательные пластины такого аккумулятора изготовлены из свинца с добавлением сурьмы в пределах 2,5 — 3,0 %. В сравнении с сурьмянистыми батареями это позволило снизить выкипание и избавиться от постоянных неудобств, связанных со снижением уровня электролита. Значительно снизился уровень саморазряда при хранении. Плюсом таких аккумуляторов является то, что они восстанавливаются после глубокого разряда и нетребовательны к качеству электрооборудования автомобиля — при перепадах напряжения бортовой сети характеристики данного аккумулятора не меняются так необратимо, как это бывает с более современными аккумуляторами, например, кальциевыми или гелевыми. Малосурьмянистые аккумуляторы в классификации обозначаются как малообслуживаемые, то есть требующие доливки воды один раз в год. Изготавливаются из прозрачных и непрозначных корпусов. Доступ к банкам через отдельные пробки или через общую крышку. Могут иметь индикатор плотности электролита. Малосурьмянистые аккумуляторы часто не имеют маркировки, указывающей на технологию изготовления, либо имеют маркировку Sb или Pb/Sb. Выпускаются в двух вариантах: сухозаряженными и залитыми электролитом.
3.3. Кальциевые аккумуляторы.
В положительных и отрицательных пластинах применяется сплав свинца и кальция. На аккумуляторы такого типа наносится маркировка «Са/Са». Применение кальция снижает интенсивность выкипания электролита, уменьшает внутреннее сопротивление батареи. Кальциевые аккумуляторы не боятся перезаряда, уровень саморазряда значительно снижен по сравнению с малосурьмянистыми батареями. Это позволяет хранить кальциевые батареи довольно долго без потери свойств. По классификации такие аккумуляторы относятся к необслуживаемыми, так как потери электролита настолько незначительны, что нет необходимости в добавлении воды или замене электролита на протяжении всего срока службы батареи. При правильной эксплуатации кальциевый аккумулятор способен проработать длительный срок. Недостатки — кальциевая батарея не расчитана на глубокие разряды, плохо переносит перепады напряжения бортовой сети, у нее более высокая цена в сравнении с малосурьмянистыми аккумуляторами.
3.4. Гибридные аккумуляторы.
Положительные пластины такого аккумулятора изготовлены из свинца с добавлением сурьмы (малосурьмянистые), отрицательные – из свинца с добавлением кальция. Расход воды получается ниже, чем у малосурьмянистых малообслуживаемых батарей, но выше чем у кальциевых необслуживаемых. В итоге гибридные автомобильные батареи есть как в обслуживаемых, так и в необслуживаемых корпусах. На них часто можно встретить обозначение Ca Plus, Ca+ или Sb/Ca. По своим характеристикам и цене гибридные батареи расположены между малосурьмянистыми и кальциевыми аккумуляторами.
4. Типы аккумуляторов для автомобильной техники по виду батарей.
Батареи различают по их виду следующим образом:
— батарея открытая (с жидким электролитом) — батарея, имеющая общую крышку с одним или несколькими вентиляционными отверстиями, через которые могут выделяться газообразные продукты;
— батарея с регулирующим клапаном (с газовой рекомбинацией) — батарея, у которой при нормальных условиях работы клапан закрыт, но устройство которого позволяет выделяться газу при превышении внутреннего давления заранее установленного значения. В батарею нельзя доливать воду или электролит. В батареях этого типа электролит находится в связанном состоянии.
Новые батареи открытого исполнения (вентилируемые) могут поставляться в готовом к применению состоянии (заполненными электролитом и заряженными) либо сухозаряженными (с сохранением заряда незаполненные электролитом).
Батареи с регулирующим клапаном должны поставляться в готовом к применению состоянии, плотность электролита в них нельзя проконтролировать, так как он недоступен (необслуживаемые батареи).
5. Типы аккумуляторов по конструкторско — технологическому исполнению.
Аккумуляторы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 53165 – 2008 должны выпускаться в следующих исполнениях:
N — с нормальным расходом воды; L — c малым расходом воды; VL — с очень малым расходом воды; VRLA — с регулирующим клапаном.
