Важнейшим элементом электрооборудования автомобиля, а также мобильных телефонов, электроинструментов, некоторых часов и многих других бытовых приборов является аккумуляторная батарея. Устройство аккумулятора и принцип работы похожи во всех этих предметах, хотя виды накопителей могут быть различными. Однако у разных приборов могут быть свои особенности. В этой статье мы разберем принцип действия автомобильного аккумулятора и устройство литий-ионной аккумуляторной батареи (АКБ) для другой, менее крупной техники.
Назначение автомобильного аккумулятора
Что касается автомобиля, здесь АКБ играет решающую роль при запуске двигателя (питание стартера). К тому же от него работают все электроприборы (такие, как фары), когда мотор выключен, и генератор не работает. И даже когда работает, накопитель выступает «помощником» в случаях, если нагрузка слишком большая — например, в «пробке», когда энергии генератора не очень много.
Для авто применяются различные виды АКБ, среди них:
- свинцово-кислотные — иногда называются просто кислотными, применяются чаще всего;
- железо-никелевые — на втором месте по частоте использования;
- никель-кадмиевые;
- серебряно-цинковые — в современных моделях практически не применяются, так как быстро изнашиваются и при этом имеют высокую себестоимость.
Принцип работы кислотного аккумулятора основан на чистой серной кислоте, разбавленной дистиллированной водой для достижения необходимой плотности. Ею залиты пакеты из положительно и отрицательно заряженных свинцовых пластин. Пластины разделены диэлектрическим материалом. Каждая пара параллельно соединенных пластинок являет собой источник тока. Все пластины объединены в модули (банки). Как правило, модулей шесть, и они соединены между собой. Оболочка батареи сделана из устойчивого к агрессивной среде материала.
Когда эта конструкция в действии, пластинки под влиянием серной кислоты выделяют сульфат свинца, и в результате образуется электрическая энергия. Также выделяется вода, и поэтому концентрация электролита становится менее плотной. Во время зарядки АКБ процесс осуществляется в обратном порядке, свинец снова обретает металлическую форму, электролит становится более концентрированным.
Устройство щелочного аккумулятора аналогично кислотному, но используются другие химические элементы, в том числе самого корпуса контейнера. Практически во всех российских машинах установлены щелочные аккумуляторы, так как они отличаются низкой стоимостью и высокой надежностью.
Таким образом, устройство аккумулятора автомобиля основано на следующих принципах:
- переход электроэнергии в химическую (когда заряжается);
- переход химической энергии в электрическую (когда он разряжается).
Определенные типы АКБ требуют регулярного обслуживания, то есть контроля уровня электролита. Чтобы обслужить такую батарею, нужно иметь навыки автомобильного мастера или обращаться в сервис.
Однако в последнее время появилось понятие необслуживаемого аккумулятора автомобиля. Это не означает, что его не нужно заряжать. Просто он не требует операций по проверке и доливке электролита. Но помните, что у некоторых из них (типа Ca/Ca, где электроды сделаны из сплава свинца с кальцием) есть недостаток — при сильной разрядке они ощутимо теряют емкость, и несколько таких случаев приводят к непригодности необслуживаемого АКБ к дальнейшему использованию.
Разобрав устройство автомобильного аккумулятора, перейдем к работе Li-ion аккумулятора.
Li-ion батарея
Литий-ионная АКБ не применяется в автомобилестроении, если речь не идет об электромобилях, но получила широкое распространение в устройствах вроде мобильного телефона.
Устройство бытового литий-ионного аккумулятора, как и кислотного автомобильного, заключается в электродах, помещенных в герметичный корпус. В качестве электролита выступает гелеобразная субстанция с содержанием солей лития. Точный состав субстанции является коммерческой тайной каждого производителя.
Существуют различные по типу катодного материала виды таких АКБ — от литий-полимерного аккумулятора до литий-железо-фосфатного. Все они по цене, областям применения, положительным и отрицательным качествам схожи между собой.
Устройство литиевого, или Li-ion аккумулятора тоже основано на переходе химической энергии в электрическую и обратно. Для их заряда выпускаются специальные устройства, многие из которых оборудованы электронными и световыми индикаторами, оповещающими о полном заряде батареи. Подробнее о том, как правильно заряжать Li-ion аккумуляторы →
Где применяют Li-ion аккумуляторные батареи?
Технология Li-ion может использоваться в самых разных приборах, от аккумулятора ноутбука или сотового телефона до аккумулятора шуруповерта. Литиевым, как правило, является внешний аккумулятор для смартфона или другого электронного устройства.
Внешний аккумулятор в последнее время стал популярным, когда выяснилось, что встроенные накопители в бытовой электронике последних моделей не позволяют держать заряд длительное время. Тогда получили распространение дополнительные приспособления, которые накапливают гораздо больший заряд и могут впоследствии работать вдали от розеток для подзарядки меньших по размеру, но слабых встроенных батарей. Такое приспособление и называется внешний аккумулятор.
Он работает точно так же, как и все остальные АКБ: накапливает заряд, а потом отдает электроэнергию. Только она используется не напрямую для работы каких-либо устройств, а для зарядки других батарей. Иногда внешний аккумулятор приобретают не только для мобильников, но и для аккумулятора ноутбука, фотоаппарата или других устройств.
Внешний аккумулятор может иметь различные размеры, форму и емкость. От этих параметров, соответственно, зависит его цена. Так что для каждого из множества смартфонов можно подобрать портативное зарядное устройство, соответствующее потребностям. Если у вас несколько электронных приборов, которым может потребоваться зарядка «в полях», рекомендуется подбирать универсальный портативный зарядник: для аккумулятора ноутбука, телефона, плеера и всего остального.
Li-ion АКБ в электроинструментах
Напоследок скажем несколько слов об аккумуляторе шуруповерта, дрели и других инструментов. Ранее такие АКБ были чаще всего никель-кадмиевыми (Ni-Cd). Сейчас они устарели, но до сих пор распространены ввиду низкой стоимости. Основные недостатки — быстрый саморазряд и довольно ощутимая потеря емкости со временем.
Сейчас на смену им пришли два типа АКБ:
- Никель-металл-гидридные (Ni-MH) — больше емкость, чем у Ni-Cd, меньше саморазряд, выше цена.
- Литий-ионные — недостатков, выраженных у других типов, нет. Вместе с тем «не любят» полного разряда или перезаряда, в последнем случае могут взорваться. Стоят дороже других видов батарей.
Таким образом, в качестве аккумулятора шуруповерта рекомендуют выбирать никель-металл-гидридный, но при профессиональном (частом и длительном) применении лучше подойдет литий-ионный.
Как вам статья?
