Наука об автомобильных аккумуляторах:как работают аккумуляторы
Автомобильный аккумулятор — один из самых важных электрических компонентов автомобиля, о котором чаще всего забывают. Если ваша батарея не в хорошем состоянии, вы можете оказаться в затруднительном положении, а другие компоненты вашего автомобиля могут быть повреждены. В этой статье рассказывается, как работают батареи и как за ними ухаживать.
Что находится внутри автомобильного аккумулятора?
Внутри типичного автомобильного аккумулятора находятся шесть меньших компонентов, производящих энергию, называемых элементами. Каждая ячейка содержит ряд электродов или пластин. Положительная пластина батареи выполнена из [эроксида свинца (PbO2). Отрицательные пластины батареи состоят из чистого свинца в мягком губчатом состоянии. Пластины внутри каждой ячейки расположены чередующимися слоями, всего 16 компонентов. Все положительные пластины в ячейке соединены параллельно, как и все отрицательные пластины.
Каждая ячейка производит примерно 2 вольта электричества. Шесть отдельных ячеек соединены последовательно друг с другом, поэтому напряжение, генерируемое каждой ячейкой, суммируется. В результате получается 12 вольт.
Готовы ли вы к химии?
Пластины окружены разбавленным раствором серной кислоты (H2SO4). Отношение кислоты к воде (H2O) обычно составляет три части воды на одну часть кислоты.
Когда мы подключаем нагрузку к внешним клеммам батареи, начинается химическая реакция. Наша смесь разбавленной серной кислоты состоит из H2SO4 и воды (H2O). В начале реакции серная кислота распадается на положительные ионы водорода (2H) и отрицательные сульфат-ионы (SO4).
Когда ионы водорода достигают пластины пероксида свинца, они поглощают электронику и становятся атомом водорода. Этот процесс воздействует на пероксид свинца с образованием оксида свинца (PbO) и воды (H2O). Оксид свинца реагирует с серной кислотой с образованием сульфата свинца (PbSO4) и воды (H2O).
Отрицательные сульфат-ионы свободно перемещаются в растворе. Когда они достигают пластины из чистого свинца, они отдают свой лишний электрон и становятся так называемыми сульфат-радикалами. Поскольку сульфат-радикал не может существовать сам по себе, он будет атаковать пластину из чистого свинца с образованием сульфата свинца (PbSO4).
Действие положительных ионов водорода, забирающих электроны с пластины пероксида свинца, и отрицательных ионов сульфата, отдающих электроны пластине из чистого свинца, приводит к дисбалансу электронов. Эти электроны проходят через внешнюю нагрузку, пытаясь сбалансировать себя. В этом процессе батарея обеспечивает питание нашей нагрузки (света, усилителя, обогревателя или компьютера).
Химия зарядки аккумулятора
При подключении внешнего источника постоянного тока к аккумулятору происходит обратный процесс. Внешний источник постоянного тока, такой как генератор переменного тока или зарядное устройство, подает электроны на нашу положительную пластину с пероксидом свинца, покрытую сульфатом свинца, и свинцовую пластину с отрицательным покрытием, покрытую пероксидом свинца. В процессе зарядки плотность раствора серной кислоты падает, но у нас все еще есть положительные ионы водорода и отрицательные ионы сульфата.
Положительно заряженные ионы водорода ближе к отрицательной клемме внешнего источника постоянного тока. Каждый ион водорода берет один электрон с отрицательной пластины, чтобы стать атомом водорода. Эти атомы водорода атакуют сульфат свинца с образованием свинца и серной кислоты.
Отрицательные ионы сульфата движутся к положительно заряженной пластине. Попав туда, они отдают свой лишний электрон, превращаясь в сульфат-радикалы. Этот сульфат-радикал реагирует с сульфатом свинца и образует перекись свинца и серную кислоту.
Мы можем упростить это!
Короче говоря, отрицательная клемма свинцово-кислотного аккумулятора имеет избыточное количество электронов. Когда вы подключаете нагрузку к батарее, электроны карабкаются через нагрузку, чтобы добраться до положительной клеммы. Именно этот поток электронов позволяет батарее обеспечивать энергию для выполнения работы.
Когда мы прикладываем к аккумулятору напряжение, превышающее его напряжение покоя, поток электронов меняется на противоположный. Слои сульфата на пластинах снова превращаются в свинец и серную кислоту.
Зарядка аккумулятора:успокойтесь – куда спешить?
Худшее, что вы можете сделать с автомобильным аккумулятором, — это ускорить процесс зарядки. Если вы ускорите химическую реакцию перезарядки, сульфат свинца нагреется и навсегда прилипнет к пластинам свинца и пероксида свинца. Как только он застрянет там, мы больше не сможем использовать эту область пластины для потока электронов, и мы уменьшили эффективный размер батареи.
Вы, наверное, слышали выражение «разряженная батарея уже никогда не будет прежней». Это утверждение очень верно, если батарея не заряжается аккуратно и тщательно.
Если вы хотите правильно перезарядить аккумулятор, поддержание медленного процесса позволит химической реакции протекать с контролируемой скоростью. Если вы используете высококачественное зарядное устройство с компьютерным управлением (а так и должно быть!) есть два основных этапа зарядки. Первый этап называется объемной зарядкой. Зарядное устройство будет поддерживать постоянную подачу тока к аккумулятору, регулируя приложенное напряжение.
Как узнать, заряжается ли аккумулятор для ухода слишком быстро? Стандартные залитые батареи не должны превышать примерно 120 градусов по Фаренгейту во время зарядки. Мы считаем, что чем медленнее и круче, тем лучше. Температура абсорбированного стекломата (AGM) или гелевого аккумулятора не должна превышать 100 градусов.
Как только примерно 80% использованной энергии будет возвращено в батарею, зарядное устройство переключится на стадию поглощения. На этом этапе зарядное устройство подает на аккумулятор постоянное напряжение, а ток уменьшается по мере того, как аккумулятор полностью заряжается.
Как рассчитать максимальную скорость зарядки аккумулятора
Относительно большой автомобильный аккумулятор может иметь емкость 70 или 80 ампер-часов. Эта спецификация означает, что в идеальных условиях вы можете потреблять от батареи ток силой 1 ампер в течение 70 или 80 часов. По истечении этого времени батарея будет считаться разряженной.
Чтобы найти идеальную скорость зарядки для нашей батареи емкостью 70 ампер-часов, мы разделим эту характеристику на 10, чтобы получить семь ампер. Аккумулятор должен выдерживать 7 ампер зарядного тока без перегрева. Стоит отметить, что, если аккумулятор полностью разряжен, для его зарядки потребуется 10 часов. Помните, чем медленнее, тем лучше, когда речь идет о зарядке аккумуляторов.
Уход за автомобильным аккумулятором
Некоторые из нас, кто более фанатично относится к уходу и обслуживанию наших автомобильных аккумуляторов, будут подключать их к интеллектуальным зарядным устройствам несколько раз в год. Одним из практических правил является полная зарядка аккумулятора после каждой замены масла или четыре раза в год. Вам следует увеличить эту частоту, если вы совершаете короткие поездки, которые не обеспечивают достаточного времени зарядки. Точно так же время, проведенное за воспроизведением вашей аудиосистемы с выключенным двигателем, может очень быстро разрядить аккумулятор. Если вы гуляли с друзьями и ваш автомобильный аккумулятор разрядился, поставьте его на ночь в качественное зарядное устройство.
Если вы можете получить доступ к раствору кислоты в аккумуляторе, убедитесь, что он находится на должном уровне или, по крайней мере, полностью покрывает свинцовые пластины. Для подтверждения удельного веса раствора следует использовать ареометр, но если он низкий, лучше добавить дистиллированную воду, чем ничего не делать. Этот маленький зеленый «глазок», которым снабжены некоторые батарейки, — это ареометр. Когда он исчезает, химический баланс внутри батареи нарушен, и ее необходимо зарядить.
У вашего местного продавца мобильной электроники может быть тестер нагрузки аккумулятора, который они используют перед каждой установкой дистанционного запуска автомобиля. Если вас беспокоит состояние вашей батареи, попросите их проверить ее. Быть в затруднительном положении из-за разряженной батареи в холодную погоду — это неприятно, если вы пытаетесь добраться домой или на работу.
Всегда следите за тем, чтобы клеммы аккумуляторной батареи и соединения с автомобилем были чистыми и надежными. Плохое соединение может оказать существенное негативное влияние на функциональность вашей электрической системы.
Если вам нужна новая батарея, сначала обратитесь к местному продавцу аксессуаров для мобильных устройств. У них часто есть большой опыт в обновлении аккумуляторов, и они могут помочь вам выбрать решение, которое обеспечит готовность вашего автомобиля к работе каждый раз, когда вы поворачиваете ключ.