Устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора
Прежде, чем перейти к принципам работы автомобильного АКБ, несколько слов о том, как устроен аккумулятор. Он состоит из 6 отдельных банок (секций), внутри которых располагаются положительно и отрицательно заряженные свинцовые пластины. Банки соединены друг с другом последовательно и закрыты общим корпусом, изготовленным из ударопрочного пластика (полипропилен или его производные).
Если аккумуляторы относятся к классам обслуживаемых или малообслуживаемых, то у каждой банки имеется пробка, через которую доливается дистиллированная вода. Все внутреннее пространство корпуса заполнено электролитом – 35%-ным раствором серной кислоты. Если её процентное соотношение увеличивается, это ухудшает эксплуатационные свойства аккумулятора.
Принципы работы автомобильных АКБ
Все положительные и отрицательные пластины в секциях подключены к независимым перемычкам. Последние подведены к стенкам секций и подсоединены друг к другу – положительные к отрицательным. Так обеспечивается последовательное соединение всех секций. Напряжение одной секции равно 2,12 вольт. При последовательном соединении напряжение всех секций суммируется друг с другом, и в результате на токовыводящих клеммах создается напряжение в 12,72 вольт.
Все пластины обернуты защитными конвертами-сепараторами. Они вбирают в себя всю оплывшую с пластин активную массу и отделяют друг от друга разнозаряженные пластины. Поэтому в случае заводского брака или повреждения конверта между пластинами возникает короткое замыкания, и банка полностью выходит из строя.
Активная масса, а это свинцовый сплав с добавлением активных присадок, влияет на ёмкость аккумуляторной батареи и на её пусковой ток. Поэтому химический состав пластин производители держат в секрете. Но существует общий принцип работы автомобильного аккумулятора, который определяет химический состав отрицательных и положительных пластин. Первые изготавливаются из чистого свинца, а вторые – из оксида свинца.
При разрядке аккумулятора, когда батарея отдает электрический ток, между отрицательно и положительно заряженными пластинами происходит окислительно-восстановительная реакция. Оксид свинца восстанавливается до чистого металла, а чистый свинец, наоборот, окисляется. В результате между пластинами перемещаются электрически заряженные ионы кислорода, создавая электрический ток заданного напряжения и силы.
От каждого оксида свинца отделяется два иона кислорода. Когда они достигают поверхности отрицательно заряженной пластины, один ион кислорода вступает в химическую реакцию со свинцом и сульфатной группой серной кислоты. В результате образуется сульфат свинца. Второй кислород вступает в реакцию с водородом, в результате чего образуется молекула воды.
Чем сильнее разряжается аккумулятор, тем больше на поверхности отрицательных пластин образуется сульфата свинца и тем меньше становится концентрация серной кислоты. Если разрядка аккумулятора достигает критической величины, наступает эффект глубокого разряда. Концентрация сульфата свинца становится столь большой, что у пластины резко снижается электропроводимость.
При зарядке аккумулятора происходит обратная окислительно-восстановительная реакция. Под действием постоянного тока сульфат свинца распадается на чистый свинец, сульфатную группу и ион кислорода. Вода также распадается на два иона водорода и ион кислорода. Ионы кислорода вступают в реакцию со свинцом на положительных пластинах, а ионы водорода – с сульфатной группой, образуя молекулы серной кислоты.
Важно! Когда зарядка подходит к концу, т.е., когда на положительных пластинах практически весь свинец окислился, а на отрицательных – освободился от сульфатной группы, свободные ионы кислорода и водорода начинают активно вступать в реакцию друг с другом. В кислотном электролите эта реакция происходит с выделением большого количества тепла. В воздухе даже при относительно небольшой концентрации кислород и водород объединяются друг с другом взрывообразным хлопком. Его удельная мощность выше воспламенения природного газа того же объема. Поэтому зарядку автомобильных аккумуляторов следует выполнять при помощи фирменных зарядных устройств.