Jmenovací charakteristika provozu zařízení na baterie. Konstrukce a účel baterie

Provoz elektromobilu je založen na elektrickém proudu. Navenek jsou taková auta těžko odlišitelná od aut s benzínovým motorem. Jediný znatelný rozdíl je v hlučnosti při jízdě: elektromobil se pohybuje téměř tiše. Podle typu organizace práce se tyto typy strojů výrazně liší.

Elektromobil je vybaven motorem, který běží na elektrický proud a získává energii z baterií.

Hlavní typy baterií

Činnost elektromotoru je založena na principu indukce elektromagnetické povahy. Tento typ motoru přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Tento motor má vysoký index účinnosti (výkonový koeficient). Může dosáhnout 95 %.

Hlavním zdrojem energie pro elektromotor jsou baterie. Takové napájecí zdroje jsou poměrně drahé, což je hlavním důvodem nedostatečného rozšíření elektrických vozidel.

Nejoblíbenější a cenově dostupný typ baterií - olověné napájecí zdroje . Také tyto baterie jsou téměř zcela recyklovatelné, což snižuje jejich negativní dopad na životní prostředí. Další typ baterií - hybrid niklu a kovu . Jsou dražší než dříve prezentované, ale mají vyšší výkonnostní ukazatele. Li-ion napájecí zdroje - ideální pro vozidla s elektromotorem. Mezi majiteli automobilů jsou nejméně běžné kvůli jejich vysokým nákladům.

V elektrických vozidlech často kromě baterií, které napájejí motor, instalují další zdroj energie, který zajišťuje fungování světlometů, rádia, stěračů čelního skla a dalšího příslušenství vašeho vozidla.

Vlastnosti a struktura baterie s lithium-iontovým plnivem

Napájení lithium-iontových baterií je dnes velmi běžné ve spotřební elektronice a je široce používáno v elektrických vozidlech a energetických systémech (mobilní telefony, notebooky, digitální fotoaparáty atd.).

Lithium-iontová baterie je nejlepší volbou pro napájení elektromobilů. Jeho součásti:

• Elektrody jsou od sebe odděleny separátory napuštěnými elektrolytem.
• Uzavřené pouzdro, ve kterém jsou umístěny elektrody.
• Katody a anody připojené k proudovým kolektorům-svorkám.

Nástavba je vybavena pojistným ventilem, jehož hlavní funkcí je uvolnění vnitřního tlaku při nehodách a porušení podmínek pro použití motoru. Lithium-iontové baterie se liší v závislosti na povaze materiálu na katodě. Nábojovým "transportérem" v tomto napájecím zdroji je kladně nabitý iont lithia, který se může začlenit do krystalové struktury materiálů, jako je grafit a různé soli, a vytvořit tak chemickou vazbu.

Dnes se v rozsáhlé výrobě popsaného typu baterie používají tyto tři druhy surovin katodického charakteru:

• Pevné roztoky derivátů lithium kobaltu a niklu lithného.
• Spinel vyrobený z lithia a manganu.
• ferofosfát lithný.

Lithium-iontové baterie mají oproti svým protějškům značné výhody. To jsou nízké skóre

TeslaModel S: vnitřní pohled

Tesla Motors vytváří oblíbená „ekologická“ elektrická vozidla, která mají specifické vlastnosti, díky nimž jsou auta každým dnem populárnější. Jednou ze součástí úspěchu produktů společnosti jsou lithium-iontové baterie umístěné v elektromobilech.

Jaká je struktura napájecího zdroje Tesla?

Pro začátek stojí za zmínku, že celá sestava baterie se vyznačuje zvýšenou hustotou a přesností kombinace komponent. Baterie má 16 komponentů - paralelní připojovací bloky, chráněné kovovými destičkami a plastovou ochranu baterie před vodou. Každá baterie má 74 komponent rozdělených do šesti skupin, podobně jako běžné prstové baterie. Schéma jejich umístění a princip fungování jsou udržovány v nejpřísnější tajnosti!

Elektroda s kladným nábojem je grafit a se záporným nábojem nikl, kobalt a oxid hlinitý.

Nejvýkonnější z těchto baterií je složena ze 7104 podobných baterií. Má hmotnost 540 kg, délku 2 m 10 cm, šířku 1 m 50 cm a tloušťku 15 cm. Energie generovaná jedním ze 16 bloků se rovná energii vyrobené stovkou baterií notebooků.

Při výrobě baterií Tesla používají díly vytvořené v Mexiku, Čínské lidové republice a Indii. Finální práce je vyrobena v USA. Záruka poskytovaná společností je významná: až 8 let.

Článek popisuje složení nejběžnějších napájecích zdrojů pro motory elektromobilů. Doufáme, že pro vás budou informace užitečné!

U auta lze baterii nazvat druhým srdcem. Jeho význam pro běžný provoz je stejně velký jako samotný motor. V moderním automobilovém světě byly činěny pokusy nahradit baterii pneumatickým spouštěcím zařízením motoru, uložením kondenzátoru, ale bez úspěchu.

Dosud se široce používají pouze tři typy elektrických baterií:

• olověná kyselina;
• lithium-ion;
• bezlamelové železo-nikl.

První z nich byl vynalezen na začátku 20. století a za více než stoletou historii se bateriové zařízení příliš nezměnilo, s výjimkou řady vylepšení a doplňků, které umožnily optimalizovat jeho provoz. Druhý typ se objevil relativně nedávno - před 15-20 lety, tempo vývoje jeho designu a zařízení, dobytí trhu lze nazvat revolučním. Třetí možnost baterie se ukázala jako příliš nákladná na výrobu a byla postupně nahrazena prvními dvěma.

Klasická autobaterie

Kyselinové baterie vděčí za svou dlouhou životnost úplné a bezpodmínečné dominanci spalovacích motorů. Konstrukce olověných akumulátorů nejlépe splnila požadavek na bezpečný zdroj elektřiny, který ji dokáže krátkodobě dodat obrovským proudem potřebným pro nastartování spalovacího motoru automobilu. Zbývající možnosti konstrukce elektrochemických článků i s vyššími hodnotami kapacity buď nevydržely tak výkonnou zátěž, nebo byla jejich výroba neopodstatněná, technologicky složitá a mnohem dražší než olověné provedení.

Klasické autobaterie

Z hlediska teorie je jedna bateriová banka systémem dvou elektrod, z nichž jedna, katoda nebo záporná elektroda, je vyrobena ve formě tenké olověné desky s porézním povrchem, druhá se nazývá anoda. , je kladná elektroda ve formě tenké olověné mřížky s lisovanou aktivní hmotou porézního oxidu.olovo.

V zařízení se elektrody ponoří do roztoku kyseliny sírové - elektrolytu, o hustotě, což dává maximální úroveň akumulace energie. Anoda a katoda jsou blízko sebe v minimální vzdálenosti a jsou odděleny tenkým plastovým separátorem.

Jak se v baterii ukládá elektrický náboj?

Autobaterie se nabíjí konstantním proudem přesně definovaného napětí a proudu. U standardní 12V baterie se nabíjení provádí napětím 13,5-14,2 V proudem rovným desetině kapacity.

Při nabíjení se vlivem stejnosměrného proudu na olověnou anodu z elektrolytu uvolňuje komplexní sloučenina podoxidovaného kovového olova a vázaných iontů kyseliny sírové. Na katodě - záporná elektroda, uvolňuje se peroxid olovnatý Pb 2 O 5. V důsledku vazby části iontů kyseliny sírové se v procesu akumulace náboje snižuje hustota elektrolytu. Napětí na článku zařízení není nastaveno vyšší než 2,2V, aby se zajistilo nahromadění potřebných iontů a zabránilo se zbytečnému rozkladu vody na kyslík a vodík.

Když je vnější obvod uzavřen na kontakty, nahromaděné soli a sloučeniny se rychle rozkládají s uvolněním obrovského množství elektrické energie na elektrodách. Hustota elektrolytu se zvyšuje s vybíjením baterie.

Nevýhody a výhody autobateriového zařízení

V zařízení olověného akumulátoru má jeho povaha řadu nedostatků, které činí zařízení vrtošivým a citlivým na určité provozní podmínky:

• omezený počet cyklů vybití a nabití;
• nevratné procesy sulfatace desek, výrazně snižující jejich kapacitu a životnost;
• nízká mechanická pevnost elektrod, výskyt zkratu anody a katody v důsledku drolící se hmoty elektrody nebo zničení separátoru;
• porucha při pravidelném přebíjení nebo dlouhodobém skladování zařízení ve vybitém stavu.

Sulfatace vážně snižuje životnost autobaterie. Složité soli kyseliny sírové olova usazené na katodě se vlivem uvolněného volného kyslíku a vodíku mění v málo rozpustnou sloučeninu - síran olovnatý, který k smrti ucpe póry katody a znefunkční ji.

Moderní inovace v bateriovém zařízení

Pokusy odstranit hlavní nedostatky v konstrukci autobaterie vedly k vytvoření nových slitin olova, které jsou odolnější vůči agresivním účinkům kyseliny. Použití příměsí vápníku, cínu, niklu umožnilo snížit samovybíjení a ztráty vody na nejnižší možnou úroveň. Na dně těla zařízení se začaly používat lapače k ​​akumulaci částic aktivní hmoty elektrod, čímž se výrazně snížilo riziko zkratu anody a katody ve spodní části.

Zařízení autobaterie se změnilo, získalo stav bez obsluhy. Nyní podle záměru výrobce zařízení nevyžaduje sledování hladiny vody v bateriových bankách a hustoty elektrolytu, jako tomu bylo u starších modelů. V bateriovém zařízení se objevila zařízení ve formě plovákového indikačního oka, které mění svou barvu v závislosti na stavu nabití.

Slibná řešení

Mezi inovacemi, které se objevily v zařízení relativně nedávno a jsou navrženy tak, aby zlepšily výkon olověné autobaterie, lze poznamenat:

• použití gelovitých typů bateriových elektrolytů na bázi sloučenin křemíku. Nulové ztráty vody a dobrý výkon umožňují použití takových zařízení i v interiérech automobilů;
• použití elektronických diagnostických čipů, které vám umožňují nenápadně a dávkově zasahovat do provozu každé banky zařízení;
• použití grafitu a uhlíku tvoří základ kladných a záporných elektrod, díky čemuž bude autobaterie lehčí a kompaktnější.

Bezplamenné nikl-železné baterie s alkalickým elektrolytem

Byla vyvinuta a realizována myšlenka startovacích baterií na bázi alkalického elektrolytu a elektrod vyrobených z lisovaného prášku niklu a železa. Známý model řady SZhN-50, vyráběný v Sovětském svazu v omezeném množství pro vojenskou techniku. Bateriové zařízení mělo dobré vlastnosti:

• vysoký zdroj, počet cyklů nabití a vybití dosáhl 1000, což překročilo zdroj kyseliny;
• nízká citlivost na provozní podmínky;
• delší přebíjení nebo skladování ve vybitém stavu nemělo na stav zařízení tak neblahý vliv.

Zařízení využívalo velké množství nedostatkového niklu, výroba baterie byla obtížná a nerentabilní.

Zajímavý! Praxe provozu sovětských alkalických baterií pro automobil ukázala možnost použití takových baterií po dobu 15-20 let s odhadovanou dobou 10 let, za předpokladu pečlivého dodržování provozního řádu.

Moderní lithium-iontové autobaterie

Masivní používání lithiových baterií v automobilu je spojeno s moderními elektromobily, kde je takové zařízení hojně využíváno díky své vysoké kapacitě a nízké hmotnosti. Na trhu jsou pomocné lithium-iontové baterie určené k rychlému nabití hlavní baterie. Existuje řada zařízení vybavených ionistorovým blokem, který umožňuje nastartovat motory s pracovním objemem nejvýše 500 cm 3.

Cena olověného akumulátoru s kapacitou až 70 Ah bude něco málo přes sto dolarů, podobná lithium-iontová verze bude 10x i vícekrát dražší než u konkurence.

Důležité! Lithium-iontová baterie je neuvěřitelně citlivá na přebíjení a vyžaduje přesné ovládání elektronické řídicí jednotky. Pokud je čip vadný, může se vznítit.

Video z baterie zařízení:

Nedílnou součástí každého auta je akumulátorová baterie, který je určen k napájení elektrických řídicích obvodů a servisu palubní sítě, když není funkční. Ale nejdůležitější je uvést jej do činnosti při startování auta. Baterie se vyrovnává s a během jízdy, nebo jednoduše, je to zátěž pro generátor. Jakmile však celkové elektrické zatížení překročí výkon dodávaný generátorem, baterie „vstoupí do činnosti“ a udržuje napětí palubní sítě na 12 voltech.

Obvykle se používá pro automobily olověné baterie, které mají napětí 12 voltů a liší se pouze kapacitou nabití. musí mít několik důležitých parametrů.

1. Mají malý pokles vnitřního napětí
2. Během provozu zajistěte malé samovybíjení
3. Mít schopnost dodávat velké proudy
4. Mají malé rozměry a minimální údržbu.

Všechny tyto parametry odpovídají olověnému akumulátoru, o jehož zařízení bude pojednáno níže.

Zařízení autobaterie

baterie, se jmenovitým napětím 12 voltů sestává z (obvykle 6) nezávislých baterií (plechovek) nižší napětí (2 volty), shromážděné v jednom krytu a vzájemně zapojené do série.

1. bateriová banka je sada desek různých pólů, které jsou od sebe izolovány kyselinovzdornými separátory.
2. Pouzdro na baterie z kyselinovzdorných plastů nebo ebonitu. Pouzdro má přihrádky pro instalaci nádobek na baterie.
3. Pólová deska Je vyroben z olova a má formu mřížky, do buněk mřížky je vtlačena speciální kompozice (účinná látka) porézní struktury, aby se zvětšila plocha kontaktu s elektrolytem. Účinná látka je vyrobena z olovnatého prášku s přídavkem kyseliny sírové. K negativním deskám se přidává i síran barnatý. Během vytváření baterie se desky nabíjejí a účinná látka v kladných deskách se přeměňuje na oxid olovnatý a v záporu na houbovité olovo.
4. Elektrolyt se nalévá do bateriových bloků a slouží k pohybu nabitých částic od pólu k pólu. Vyrábí se z kyseliny sírové a čištěné vody (destilované).

Princip fungování baterie

Fyzika procesu provozu baterie je velmi jednoduchá, když je zátěž připojena v baterii nabité částice se pohybují, což má za následek proud. Za podmínek nabíjení z generátoru nebo nabíječky nabíjecí napětí převyšuje jmenovité napětí baterie a částice se pohybují opačným směrem.

Dnes už je dobře známo, že baterie jsou součástí mnoha zařízení a jsou jejich nepostradatelnou součástí. Auto v tomto případě není výjimkou. Otázka, jak jej správně používat, je však stále kontroverzní. Podrobnější pochopení bateriového zařízení může pomoci tomu porozumět.

Historie baterie

Již dlouho bylo poznamenáno, že pokud jsou dvě izolované desky ponořeny do kyselého nebo alkalického roztoku, objeví se na nich potenciální rozdíl nebo napětí. Vůbec první prototyp moderní baterie se skládal ze dvou desek – měděné a zinkové, ponořených do elektrolytu. Fungovalo to poměrně krátkou dobu, protože zinková deska se časem rozpouštěla ​​v roztoku a výkon byl velmi malý.

Vlastnosti moderních baterií

Moderní baterie jsou mnohem vylepšené. Jsou energeticky náročnější a menší, doba jejich práce se mnohonásobně prodloužila a také získaly schopnost obnovit nabití (dobití), ale obecný princip fungování zůstal stejný a je založen na o elektrochemické reakci olova a oxidu olovnatého v kyselině sírové. Podle klasické verze je energie derivátem interakce oxidu olovnatého s kyselinou sírovou na síran. V tomto případě dochází v případě výboje k redukčním reakcím oxidu olovnatého na anodě a k oxidačním reakcím olova na katodě. V případě nabití baterie dochází k reverzním reakcím, ke kterým se v konečné fázi přidává proces elektrolýzy vody. V důsledku toho se v blízkosti kladné elektrody uvolňuje kyslík a v blízkosti záporné elektrody vodík.

Prvky designu baterie

Rám

Důležitou roli v zařízení autobaterie hraje její tělo, které drží všechny jednotlivé prvky a spojuje je do jediného celku. Protože se baterie skládá z několika článků, které generují elektřinu, je správnější ji nazývat baterie. Dvanáctivoltová baterie se tedy skládá ze 6 článků, takže její tělo obsahuje 6 sekcí (plechovek). Na materiál, ze kterého je pouzdro vyrobeno, jsou kladeny poměrně vysoké požadavky. V první řadě musí být odolný vůči kyselinám, dostatečně pevný a navíc musí být odolný vůči širokému teplotnímu rozsahu. Zpravidla je vyroben z polypropylenu a skládá se ze základny, ve které jsou umístěny všechny sekce a kryty se zátkami.

Balíčky talířů

V části pouzdra jsou instalovány sady desek, které se skládají z několika paralelně zapojených desek se střídavou polaritou a nazývaných také galvanické články.

Tato struktura umožňuje zvýšit kapacitu baterie, protože v důsledku toho se zvětšuje kontaktní plocha. Zvětšení kontaktní plochy také vede ke snížení vnitřního odporu, což přispívá ke zvýšení maximálního proudového výstupu baterie.

Samotné desky jsou vyrobeny z olova s ​​voštinovou strukturou. Na tyto buňky je rozprostřením aplikována aktivní hmota, ve které probíhají všechny chemické reakce. Mezi desky jsou umístěny separátory z elektrolyticky propustného plastu, aby nedocházelo ke zkratům. Celá tato struktura desek a separátorů je sestavena do obalu a aby se zabránilo předčasnému zničení během provozu, je stažena dohromady obvazem. Výstupy desek jsou ve dvojicích propojeny proudovými kolektory, které dodávají energii výstupním hořákům. Svorky vozu jsou pak připojeny k narozeným.

Při provozu baterie v důsledku reakcí vznikají vedlejší produkty oxidace olova a aktivní hmota se může také drolit z desek. Pakety desek proto nejsou instalovány úplně dole v pouzdru, ale o něco výše. V důsledku toho vzniká kalová mezera, ve které se hromadí všechny látky, které se rozdrolily z desek. Pokud by tam nebyl, tak by kal uzavíral spodní části.

Potenciální rozdíl, ke kterému dochází, když jsou dvě desky ponořeny do roztoku elektrolytu, je základním principem provozu baterie. Abyste pochopili, jak baterie funguje, musíte znát její strukturu.

Bateriové zařízení

Baterie je jeden článek, který v kombinaci s jinými podobnými články tvoří baterii. Standardní 12voltová baterie obsahuje šest článků, z nichž každý produkuje napětí 2 volty. Všechny jsou uzavřeny ve společném krytu, což zajišťuje integritu celé konstrukce.

Přísné požadavky na pouzdro jsou spojeny s potřebou trvale snášet teplotní výkyvy, agresivní chemické vlivy a také vibrace. Hlavním materiálem těla je polypropylen. Tělo se skládá ze dvou částí: hlavní nádrž s velkou hloubkou, která je uzavřena víkem opatřeným otvory se zátkami nebo odvodňovacím systémem.

V každém článku je instalován balíček sestavený z olověných desek se střídavou polaritou. Na jejich mřížkovou strukturu se aplikuje aktivní hmota, která je pracovním činidlem. Takové desky se nutně používají v.

Aby se zabránilo zkratu, jsou mezi desky vloženy separátory, jejichž materiálem je porézní plast. Po sestavení je obal fixován speciálním obvazem, aby se zabránilo deformaci a posunutí. Svorky pro příjem proudu jsou spojeny s kladnými a zápornými proudovými svorkami na deskách.

Principy práce

Princip činnosti baterie je založen na reakci mezi oxidem olovnatým kladné desky, houbovitým olovem záporné desky a roztokem kyseliny sírové s vodou. Tento roztok je elektrolyt s hustotou 1,28 g/cm3. Vzniká elektrický proud se současnou tvorbou síranu olovnatého na záporné desce. Dochází k uvolňování vody z elektrolytu s poklesem jeho hustoty.

Když je elektrický proud dodáván z vnějších zdrojů, jako je generátor nebo elektrochemický proces, začíná probíhat v opačném směru. Na záporných elektrodách se redukuje čisté olovo a na kladných elektrodách se oxid olovnatý regeneruje. Současně se zvyšuje hustota elektrolytu.

Princip fungování baterie je tedy založen na metodě dvojité sulfatace, která umožňuje zcela obnovit původní vlastnosti baterie. Výdrž baterie přímo souvisí s kvalitou použitých materiálů.

Zařízení a poruchy olověných baterií