Hogyan működnek és működnek az akkumulátorok

A szó legtágabb értelmében a technológiában az "akkumulátor" kifejezés olyan eszközt jelent, amely bizonyos működési feltételek mellett lehetővé teszi egy bizonyos típusú energia felhalmozódását, más esetekben pedig emberi szükségletekre való felhasználását.

Ott használatosak, ahol egy bizonyos ideig energiát kell gyűjteni, majd azt nagy munkaigényes folyamatok végrehajtására használják. Például a zsilipekben használt hidraulikus akkumulátorok lehetővé teszik, hogy a hajók új szintre emelkedjenek a mederben.

Az elektromos akkumulátorok ugyanazon az elven működnek együtt az elektromossággal: először felhalmozzák (felhalmozzák) a külső töltőforrásból származó elektromos áramot, majd a csatlakoztatott fogyasztóknak adják, hogy végezzék el a munkát. Természetüknél fogva olyan kémiai áramforrások közé tartoznak, amelyek képesek ismétlődő kisütési és töltési ciklusok végrehajtására.

Működés közben folyamatosan kémiai reakciók mennek végbe az elektródalemezek alkatrészei között a töltőanyagukkal - elektrolittal.

Az akkumulátoros eszköz vázlatos diagramja egyszerűsített rajzon ábrázolható, amikor két különböző fémből készült lemezt, vezetékeket helyeznek be az edény testébe, hogy elektromos érintkezőket biztosítsanak. A lemezek közé elektrolitot öntünk.

Az akkumulátor működése lemerült állapotban

Amikor egy terhelést, például egy izzót csatlakoztatnak az elektródákhoz, egy zárt elektromos áramkör jön létre, amelyen keresztül a kisülési áram folyik. A fémrészekben lévő elektronok és az elektrolitban lévő kationokkal rendelkező anionok mozgásával jön létre.

Ezt a folyamatot hagyományosan egy nikkel-kadmium elektróda kialakítású diagramon mutatják be.

Itt a pozitív elektróda anyagaként nikkel-oxidokat használnak grafit adalékokkal, amelyek növelik az elektromos vezetőképességet. A negatív elektróda féme szivacsos kadmium.

A kisülés során a nikkel-oxidokból származó aktív oxigén részecskék az elektrolitba kerülnek, és a negatív lemezekre irányítják, ahol a kadmium oxidálódik.

Az akkumulátor teljesítménye töltés közben

A terhelés kikapcsolásakor állandó (bizonyos helyzetekben pulzáló) feszültség kerül a lemez kapcsaira nagyobb értékű, mint az azonos polaritású feltöltött akkumulátoré, ha a forrás és a fogyasztó plusz és mínusz pólusa egybeesik. .

A töltő mindig nagyobb teljesítményű, ami "elnyomja" az akkumulátorban lévő maradék energiát, és a kisüléssel ellentétes irányú elektromos áramot hoz létre. Ennek eredményeként az elektródák és az elektrolit közötti belső kémiai folyamatok megváltoznak. Például egy doboz nikkel-kadmium lemezeken a pozitív elektródát oxigénnel dúsítják, a negatívot pedig tiszta kadmium állapotba.

Amikor az akkumulátor lemerül és feltöltődik, a lemezek (elektródák) anyagának kémiai összetétele megváltozik, de az elektrolit nem változik.

Akkumulátor csatlakoztatási módok

Párhuzamos kapcsolat

Az, hogy egy személy mekkora kisülési áramot tud ellenállni, számos tényezőtől függ, de elsősorban a kialakítástól, a felhasznált anyagoktól és azok méretétől. Minél nagyobb a lemezek területe az elektródáknál, annál nagyobb áramot tudnak ellenállni.

Ezt az elvet alkalmazzák az azonos típusú cellák párhuzamos csatlakoztatására az akkumulátorokban, amikor növelni kell az áramot a terheléshez, de egy ilyen kialakítás feltöltéséhez növelni kell a forrás teljesítményét. Ezt a módszert ritkán használják kész szerkezeteknél, mivel most sokkal könnyebb azonnal megvásárolni a szükséges akkumulátort. De a savas akkumulátorgyártók ezt használják, és a különböző lemezeket egyetlen blokkba kötik.

Soros csatlakozás

A mindennapi életben elterjedt akkumulátorok két elektródalapja között a felhasznált anyagoktól függően 1,2 / 1,5 vagy 2,0 V feszültség keletkezhet. (Valójában ez a tartomány sokkal szélesebb.) Nyilvánvalóan sok elektromos készülékhez nem elegendő. Ezért az azonos típusú akkumulátorokat sorba kötik, és ez gyakran egy esetben történik.

Ilyen kialakításra példa a széles körben elterjedt, kénsav- és ólomelektródalemezeken alapuló autóipari fejlesztés.

Általában az emberek körében, különösen a szállítógépkocsivezetők körében, minden eszközt akkumulátornak hívnak, függetlenül az alkotóelemek - dobozok - számától. Ez azonban nem teljesen helyes.A több, sorba kapcsolt dobozból összeállított szerkezet már akkumulátor, amelyre a «АКБ» rövidített elnevezést ragasztják... Belső felépítése az ábrán látható.

Mindegyik tégely két blokkból áll, egy sor lemezzel a pozitív és negatív elektródák számára. A blokkok fém érintkezés nélkül illeszkednek egymásba, az elektroliton keresztül megbízható galvanikus csatlakozás lehetőségével.

Ebben az esetben az érintkezőlemezek egy kiegészítő ráccsal rendelkeznek, és elválasztólappal vannak elválasztva egymástól.

A lemezek blokkokban történő összekapcsolása növeli a munkaterületüket, csökkenti a teljes szerkezet teljes ellenállását, és lehetővé teszi a csatlakoztatott terhelés teljesítményének növelését.

A doboz külső oldalán egy ilyen akkumulátor az alábbi ábrán látható elemekkel rendelkezik.

Ez azt mutatja, hogy a masszív műanyag ház burkolattal van lezárva, és két (általában kúp alakú) csatlakozóval van felszerelve a tetején az autó elektromos áramköréhez való csatlakoztatáshoz. A polaritásjelölések a kivezetéseiken vannak: «+» és «-«. Általában a pozitív kapocs átmérője valamivel nagyobb, mint a negatív kapocs, hogy megakadályozza a vezetékezési hibákat.

A javítható akkumulátorok mindegyik edény tetején egy töltőnyílás található az elektrolitszint szabályozására, vagy desztillált víz hozzáadására működés közben. Be van csavarva egy dugó, amely megvédi a ház belső üregeit a szennyeződéstől, és egyben megakadályozza az elektrolit kiömlését az akkumulátor megdöntésekor.

Mivel erőteljes töltéssel lehetséges az elektrolitból történő gázképződés (és ez a folyamat intenzív vezetés közben lehetséges), a dugókban lyukakat készítenek, hogy megakadályozzák a nyomás növekedését a dobozban.Az oxigén és a hidrogén, valamint az elektrolit gőzök rajtuk keresztül távoznak. Javasoljuk, hogy kerülje az ilyen túlzott töltőáramokkal járó helyzeteket.

Ugyanezen az ábrán látható az elemek összekapcsolása a bankok között és az elektródalemezek elrendezése.

Az autóindító akkumulátorok (ólomsav) a kettős szulfatálás elvén működnek. A kisütés / töltés során elektrokémiai folyamat megy végbe rajtuk, amelyet az elektródák aktív tömegének kémiai összetételének megváltozása kísér az elektrolitban (kénsav) lévő víz felszabadulásával / abszorpciójával.

Ez magyarázza az elektrolit fajsúlyának növekedését töltés közben és csökkenését, amikor az akkumulátor lemerül. Más szóval, a sűrűségérték lehetővé teszi az akkumulátor elektromos állapotának felmérését. Méréséhez speciális eszközt használnak - egy autós hidrométert.

A savas akkumulátorok elektrolitjának részét képező desztillált víz negatív hőmérsékleten szilárd halmazállapotúvá - jéggé alakul, ezért az autóakkumulátorok hideg időben történő befagyásának megakadályozása érdekében a szabályokban előírt speciális intézkedéseket kell alkalmazni. kizsákmányolásra.

Milyen típusú akkumulátorok léteznek?

A modern gyártás különféle célokra több mint három tucat terméket állít elő különböző elektródák és elektrolit összetétellel. 12 ismert modell csak lítiummal működik.

Elektróda fémként a következők találhatók:

• vezet;

• Vas;

• lítium;

• titán;

• kobalt;

• kadmium;

• nikkel;

• cink;

• ezüst;

• vanádium;

• alumínium

• néhány más elem.

Befolyásolják az elektromos kimeneti jellemzőket és így az alkalmazást.

A belső égésű motorok főtengelyeinek elektromos indítómotorok általi forgásából adódó rövid távú nagy terhelések ellenálló képessége az ólom-savas akkumulátorokra jellemző. Széles körben használják a közlekedésben, a szünetmentes tápegységekben és a vészhelyzeti áramellátási rendszerekben.

Alapértelmezett galvanikus cellák (szokásos akkumulátorok) általában nikkel-kadmium, nikkel-cink és nikkel-fémhidrid akkumulátorokra cserélik.

De a lítium-ion vagy lítium-polimer kialakítások megbízhatóan működnek mobil és számítástechnikai eszközökben, építőipari eszközökben és még elektromos járművekben is.

A használt elektrolit típusától függően az akkumulátorok a következők:

• savanyú

• lúgos.

Az akkumulátorokat cél szerint osztályozzák. Például modern körülmények között megjelentek olyan eszközök, amelyeket energiaátvitelre használnak - más források újratöltésére. Az úgynevezett külső akkumulátor váltakozó elektromos hálózat hiányában számos mobileszköz tulajdonosának segít. Képes táblagép, okostelefon, mobiltelefon többszöri feltöltésére.

Ezeknek az akkumulátoroknak ugyanaz a működési elvük és hasonló az eszközük. Például az alábbi ábrán látható lítium-ion ujjmodell sok tekintetben megismétli a savas akkumulátorok korábban tárgyalt kialakítását.

Itt ugyanazokat az érintkező elektródákat, lemezeket, elválasztót és házat látjuk. Csak más munkakörülmények figyelembevételével készülnek.

Az akkumulátor alapvető elektromos jellemzői

A készülék működését a következő paraméterek befolyásolják:

• kapacitás;

• energia sűrűség;

• önkisülés;

• hőmérsékleti rezsim.

A kapacitást az akkumulátor maximális töltöttségének nevezzük, amelyet a legalacsonyabb feszültségre történő kisütés során képes leadni. Függőkben (SI rendszer) és amperórákban (nem rendszeregységben) van kifejezve.

A kapacitás egy típusa az „energiakapacitás”, amely a kisülés során felszabaduló energiát a minimálisan megengedett feszültségig határozza meg. Mérése joule-ban (SI) és wattórában (nem SI-mértékegység) történik.

Az energiasűrűség az energia mennyiségének az akkumulátor tömegéhez vagy térfogatához viszonyított arányában van kifejezve.

Az önkisülésnél figyelembe kell venni a töltés utáni kapacitásvesztést, ha nincs terhelés a terminálokon. Ez a kialakítástól függ, és az elektródák közötti szigetelés meghibásodása több okból is súlyosbítja.

Az üzemi hőmérséklet befolyásolja az elektromos tulajdonságokat, és a gyártó által megadott normától való súlyos eltérések esetén károsíthatja az akkumulátort. A meleg és a hideg elfogadhatatlan, befolyásolja a kémiai reakciók lefolyását és a környezet nyomását a dobozon belül.