Устройство и принцип работы аккумуляторных установок

Общие сведения Общеизвестно, что аккумулятор играет одну из главных ролей в функционировании многих устройств, агрегатов, механизмов и электронных девайсов. В транспортных средствах подобное устройство называют автомобильной стартерной аккумуляторной батареей (АКБ). Принципиальная схема ее работы и устройства рассматривается еще в рамках курса физики в средней школе, однако к началу взрослой жизни многие из нас уже успевают изрядно подзабыть полученные знания.

Итак, что же такое аккумулятор, и каким образом он выполняет возложенные на него функции? В основу работы аккумулятора положен принцип возникновения разности потенциалов (напряжения) между двумя пластинами, погруженными в раствор электролита. Впервые элемент, работающий по такому принципу, был создан в 1836—1838 гг. Одна пластина в нем была медной, вторая — цинковой, которая очень быстро растворялась.

За минувшие десятилетия элемент Даниэля-Якоби был существенно модернизирован, устройства, вырабатывающие электричество, стали гораздо компактнее и производительнее, к тому же «научились» многократно восстанавливать свой ресурс. Тем не менее, общий принцип действия аккумулятора остается неизменным и поныне.

Устройство аккумуляторной батареи Впрочем, если быть до конца точным, честь создания свинцово-кислотной батареи принадлежит французскому физику Гастону Планту, и случилось это в 1859 г. Площадь первой аккумуляторной батареи была 10 кв. м! Современный аккумулятор — в сотни раз уменьшенная копия батареи Планта.

Единственным видимым элементом автомобильной батареи является корпус, который обеспечивает целостность и общность конструкции.

Рис. 1.

В принципе, название аккумулятор абсолютно верно применительно лишь к одной, отдельно взятой ячейке, а объединенные воедино они должны именоваться аккумуляторной батареей. Так, стандартная 12 В аккумуляторная батарея для легкового автомобиля объединяет в себе шесть отдельных аккумуляторов («банок»), каждая из которых вырабатывает напряжение 2 В.

К корпусу батареи предъявляют весьма высокие и жесткие требования. Он должен быть невосприимчивым к воздействию агрессивным химических реагентов, переносить значительные температурные колебания и обладать высокой вибростойкостью. В подавляющем большинстве случаев корпус изготавливают из современного синтетического материала — полипропилена.

Рис. 2.

Корпус состоит из двух частей: из основной глубокой емкости, и закрывающей ее крышки. В зависимости от типа АКБ крышка может быть оснащена горловинами с пробками, либо лишь дренажной системой (которая помогает стабилизировать давление внутри батареи, и отводит образующийся газ).

В каждую из отдельных ячеек установлен собранный воедино пакет, состоящий из множества отдельных пластин, полярность в которых чередуется. Изготовленные из свинца пластины имеют решетчатую структуру из прямоугольных сот. Такая конструкция позволяет нанести на них основной рабочий реагент — активную массу. Поскольку наносят ее посредством намазывания, то аккумулятор так и называется — с пластинами намазного типа.

Рис. 3.

Существует еще два типа аккумуляторов — в одних установлены пластины увеличенной площади, а во вторых — из панцирной сетки. Однако при изготовлении автомобильных аккумуляторов применяют лишь намазные пластины.

Поскольку каждая из чередующихся пластин является электродом с противоположной полярностью, необходимо предотвратить вероятность их замыкания. С этой целью между каждой парой пластин вставлен сепаратор, изготовленный из пористого пластика, не препятствующего циркуляции электролита внутри ячейки. Ввиду того, что каждая пластина, несущая положительный заряд, помещена между двумя «минусовыми» (это предотвращает коробление), отрицательных пластин в ячейке всегда на одну больше.

Весь собранный пакет зафиксирован от возможных смещений и деформаций специальным бандажом. Плюсовые и минусовые токовыводы пластин объединены попарно и при помощи токосборников концентрируют свою энергию на выводных борнах аккумулятора. К ним подключают токоприемные клеммы автомобиля.

Принцип работы Активные элементы — губчатый свинец на электроде «-», двуокись свинца на положительной пластине и раствор серной кислоты в воде (электролит, с плотностью 1,28 г/см3) — вступают в реакцию при инициировании нагрузки на клеммы аккумулятора. Начинается процесс вырабатывания электротока, который, в свою очередь, сопровождается образованием сульфата свинца на отрицательной пластине. Помимо этого из электролита выделяется вода, в результате чего снижается его плотность.

Если же на клеммы батареи начинает поступать электрический ток из внешнего источника (генератора, зарядного устройства), происходит обратный электрохимический процесс. На отрицательных электродах восстанавливается чистый свинец, а на положительных происходит регенерация диоксида свинца. Так же начинается повышение плотности электролита — весь этот процесс именуется методом двойной сульфатации. Таким образом аккумулятор практически полностью восстанавливает свои стартовые свойства. Чем более качественные материалы использованы при изготовлении аккумуляторной батареи, тем большее количество циклов разрядки-зарядки он способен выдержать, и тем дольше срок его службы.