Pengangkatan prinsip operasi dan perangkat baterai. Baterai: cara kerjanya dan prinsip desainnya. Di mana baterai Li-ion digunakan

Baterai, atau singkatnya (aki), adalah bagian yang sangat penting dalam mobil apa pun. Tidak ada satu mobil pun yang bermesin pembakaran dalam, dimanapun itu.

Dia bertanggung jawab atas semua peralatan listrik mobil dan tanpanya, mobil itu mati begitu saja. Selanjutnya, pertimbangkan apa itu dan terdiri dari apa.

Apa itu aki untuk mobil, tujuannya

Fakta bahwa aki bertanggung jawab atas semua peralatan listrik di dalam mobil telah disebutkan di atas, tetapi semuanya tidak sesederhana dan tidak ambigu. Tugas utama baterai adalah memastikan dimulainya unit daya.

Saat mesin bekerja, seluruh jaringan terpasang ditenagai oleh generator. Pada pertengahan abad ke-20 bahkan menjelang akhir abad ini, terdapat mesin pembakaran dalam tanpa baterai, seperti motor sepeda motor. Di dalamnya, peluncuran dilakukan karena kekuatan otot, dan kemudian semua sistem bekerja dari generator.

Namun, baru-baru ini, dengan kejenuhan mobil dengan berbagai peralatan listrik, pusat multimedia, atau sistem iklim, generator tidak selalu dapat menyediakan energi untuk mereka. Dalam hal ini, isi ulang berasal dari baterai.

Namun kembali ke tujuan utama baterai. Apapun itu, tugas utama tetap menyediakan listrik untuk starter mesin.

Saat memulai, terutama di musim dingin, baterai habis dengan serius. Namun, genset selain menyuplai listrik ke jaringan on-board kendaraan, juga menyediakan pengisian baterai.

Oleh karena itu, jika genset rusak, baterai cepat habis. Baterai baru yang terisi daya bertahan tidak lebih dari 100 km. Dalam semua kasus lainnya, mobil dengan generator yang rusak akan lebih jarang lewat.

Terbuat dari apa dan apa yang ada di dalam baterai

Terlepas dari semua kemajuan teknis, hingga saat ini, di mobil, baterai isi ulang yang ditemukan pada pertengahan abad ke-19 digunakan.

Baterai ditemukan oleh Gaston Plante pada tahun 1860. Nah, tampilan baterai yang modern diperoleh pada tahun 1878, setelah diperbaiki oleh Camille Faure.

Sejak saat itu, baterai tidak berubah secara mendasar, semua perubahan hanya bersifat kosmetik saja. penampilan dan kualitas elemen konstruksi.

Baterai ini disebut timbal-asam, dan namanya berisi deskripsi prinsip pengoperasian perangkat ini.

Gambar abad ke-19 menunjukkan tampilan bagian dari salah satu akumulator pertama.

Jadi, baterai terdiri dari bagian-bagian utama berikut:

• Korps;
• Meliputi;
• Elektroda negatif;
• elektroda positif;
• terminal positif;
• terminal negatif;
• Menghubungkan jumper;
• Isi colokan;
• elektrolit

Jadi, casing dan penutup baterainya terbuat dari plastik netral asam.

Pelat negatif, bagaimanapun, serta yang positif, terdiri dari timah logam dan dibuat dalam bentuk kisi.

Pada pelat negatif, celah pada kisi timah diisi dengan timah logam, dalam bentuk bubuk terkompresi. Dalam positif - bubuk timah dioksida (PbO2) terkompresi.

Pemisah terletak di antara pelat, yang merupakan pelat mikro yang terbuat dari ebonit atau revertex. Kedua bahan tersebut dapat dianggap sebagai varian karet dan terbuat dari karet.

Tugas separator adalah memisahkan elektroda positif dan negatif serta mencegahnya dari korsleting yang dapat terjadi akibat getaran mesin dan kendaraan.

Kedua terminal terbuat dari timah logam dan melaluinya baterai terhubung ke jaringan on-board kendaraan.

Jumper penghubung juga terbuat dari timbal dan berfungsi untuk digabungkan kaleng yang berbeda menjadi satu baterai.

Apa yang dibutuhkan untuk steker pengisi, mudah ditebak dari nama bagian ini. Ini berfungsi untuk mengisi elektrolit di bank baterai.

Nah, yang terakhir dalam daftar, tetapi sekaligus salah satu bagian terpenting dari baterai adalah elektrolitnya. Ini terdiri dari 30% larutan asam sulfat (H2SO4) dan air suling.

Prinsip pengoperasian baterai

Prinsip pengoperasian baterai didasarkan pada reaksi elektrokimia oksidasi timbal dalam larutan asam sulfat dan air.

Saat baterai habis, timbal logam dioksidasi pada pelat positif, sedangkan timbal dioksida direduksi pada pelat negatif.

Saat pengisian terjadi proses terbalik, jumlah timbal dioksida pada pelat negatif berkurang, dan jumlah logam bertambah pada pelat positif.

Selain itu, saat baterai habis, jumlah asam sulfat dalam elektrolit berkurang dan jumlah air bertambah. Saat mengisi daya, proses sebaliknya juga terjadi.

Fitur desain baterai modern

Terlepas dari kenyataan bahwa, pada prinsipnya, baterai tidak berubah selama lebih dari 150 tahun, modernitas telah membuat perubahan serius dalam teknologi pembuatannya dan bahan pembuatnya.

Mari kita pertimbangkan secara terpisah:

• piring

Saat ini, pada baterai dengan kualitas terbaik, bahan pelat telah mengalami sedikit perubahan. Sekarang pelatnya tidak terbuat dari timah murni, tetapi dari paduannya dengan perak. Pada saat yang sama, berat baterai dapat dikurangi hingga sepertiga, dan meningkatkan masa pakai hingga 20%.

Selain itu, teknologi pembuatannya telah berubah. Jika pelat pertama dibuat dengan cara dituang, hari ini dibuat dari lembaran timah tipis, dengan cara dicap. Metode ini lebih murah dan pelatnya lebih kuat dan lebih tipis.

• Pemisah

Salah satu penyebab kegagalan baterai adalah arus pendek pelat positif dan negatif.

Penutupan terjadi karena fakta bahwa zona aktif runtuh dari pelat dan menutup di bagian bawah kaleng. Untuk menghindarinya, dibuat pemisah berupa amplop yang disegel dari bawah, di bawah pelat. Jadi, ketika zona aktif runtuh, ia tetap berada di dalam selubung dan tidak menutup.

Fiberglass ditambahkan ke bahan pemisah itu sendiri hari ini. Ini juga membuat mereka lebih tipis dan lebih kuat.

• Elektrolit

Seperti disebutkan di atas, elektrolit adalah larutan asam sulfat dan air. Di bawah pengaruh suhu rendah, seperti yang Anda ketahui, air membeku, tetapi hal ini tidak terjadi pada elektrolit.

Tapi masih terasa mengental dan kehilangan propertinya, yang menyebabkan kapasitas baterai berkurang secara nyata. Untuk menghindarinya, saat ini berbagai aditif ditambahkan ke elektrolit.

• Elektrolit gel

Baterai dengan elektrolit helium dapat dianggap sebagai puncak evolusi baterai asam dan itulah mengapa bagian terpisah disediakan untuk mereka. Baterai semacam itu disebut baterai gel. Pada perangkat ini, elektrolit dimodifikasi sedemikian rupa sehingga menjadi seperti jeli.

Modifikasi seperti itu, dipadukan dengan inovasi lain yang dijelaskan di atas, memberikan hasil yang benar-benar ajaib. Baterai praktis menjadi abadi, tahan terhadap terbalik, praktis tidak kehilangan sifatnya di musim dingin dan, pada saat yang sama, bobotnya jauh lebih ringan.

Benar, harga baterai generasi lama meningkat dari 5 menjadi 10 kali lipat. Tapi itu sepadan. Dan bagaimanapun juga, mereka tidak memerlukan biaya yang mahal, di suatu tempat dalam kisaran 100 - 200 unit konvensional.

Parameter dan karakteristik baterai

Parameter dan karakteristik baterai dienkripsi dalam penandaannya, dan sekarang kami akan menganalisis artinya.

Kami akan mempertimbangkan masalah ini menggunakan contoh baterai 6ST-55 yang paling umum.

Jadi, atas nama baterainya, angka 6 berarti baterainya terdiri dari 6 kaleng.

• ST - menunjukkan bahwa baterai adalah starter.
• 55 - menunjukkan kapasitas baterai, yaitu 55 Ah.

Untuk memahami jenis baterai yang Anda butuhkan, Anda perlu mengetahui dua parameter:

• jenis ICE;
• Ukuran mesin mobil Anda;

• Mesin hingga 1,6 liter. Baterai 6ST-45 cocok untuk mereka;
• Mesin dengan volume 1,6 hingga 2,5 liter. 6ST-55 cocok untuk mereka;
• Mesin dengan volume 2,5 hingga 3 liter. 6ST-60 cocok untuk mereka;
• Mesin dari 3 hingga 3,5 liter. 6ST-75 cocok untuk mereka;
• Mesin lebih besar dari 3,5 liter. 6ST-90 cocok untuk mereka.

untuk solar unit daya parameter ini sedikit berbeda:

• Mesin hingga 1,5 liter. 6ST-55 cocok untuk mereka;
• Mesin dengan volume 1,5 hingga 2,0 liter. 6ST-60 cocok untuk mereka;
• Mesin dari 2 hingga 2,7 liter. 6ST-75 cocok untuk mereka;
• Mesin dengan volume 2,7 hingga 3,5 liter. 6ST-90 cocok untuk mereka;
• Mesin dengan volume 3,5 hingga 6,5 ​​liter. 6ST-132 cocok untuk mereka;
• Mesin lebih besar dari 6,5 liter. 6ST-192 dan lebih banyak cocok untuk mereka.

Seperti yang Anda lihat, karena perbedaan prinsip pengoperasian diesel dan mesin bensin mereka menggunakan baterai dengan kapasitas berbeda.

Untuk powertrain diesel, Anda membutuhkan baterai yang lebih besar.

Baterai masa depan

Seperti disebutkan di atas, baterai modern pada prinsipnya sama persis dengan yang dikembangkan pada pertengahan abad ke-19.

Namun, teknologi tidak berhenti dan, tampaknya, dalam waktu dekat untuk mesin pembakaran internal (ICE) akan ada baterai yang dibuat dengan prinsip baru. Mereka akan tercantum secara singkat di bawah ini.

• Baterai gel

Baterai ini telah dibahas secara rinci di atas. Baterai ini sudah dijual dan siapa pun dapat membelinya.

Baterai gel

• Baterai Li-ion

Baterai ini dikenal luas ponsel dan gadget lainnya. Namun, saat ini, ada perkembangan untuk mobil. Namun, terlepas dari segala kelebihannya, aki jenis ini tidak mengakar pada teknologi otomotif karena sejumlah kekurangan yang mendasar.

• Pertama, mereka kehilangan kekuatannya secara tajam karena suhu rendah.
• Kedua, untuk mengisi baterai semacam itu, diperlukan kepatuhan yang ketat terhadap arus pengisian, yang memerlukan perubahan pada bagian elektronik generator.
• Dan yang terpenting, baterai ini harganya 15 kali lebih mahal daripada baterai asam konvensional.

Baterai lithium-ion, perusahaan Ceko Varta

• Baterai polimer graphene

Ini mungkin baterai yang paling menjanjikan untuk digunakan, baik di mobil yang dilengkapi mesin pembakaran dalam maupun listrik pembangkit listrik. Nanoteknologi digunakan dalam produksi baterai ini.

Baterai ini benar-benar luar biasa. Mereka memiliki kapasitas hampir tiga kali lipat dari lithium-ion dan pada saat yang sama dengan biaya yang jauh lebih rendah, karena lithium yang mahal tidak digunakan dalam produksinya. Selain itu, mereka tidak kehilangan sifatnya di bawah pengaruh suhu rendah.

Baterai polimer graphene eksperimental

Rangkuman: Di atas hanya tiga yang paling hyped atau, akan lebih tepat untuk mengatakan, teknologi yang dipromosikan.

Di dunia, pekerjaan sedang dilakukan pada baterai, diketahui bahwa lebih dari tiga puluh skema baru sedang dikembangkan. Ada kemungkinan bahwa di antara baterai yang masih diuji ini mungkin ada beberapa dengan sifat yang lebih menarik. Seperti yang mereka katakan, tunggu dan lihat.

Baterai dirancang untuk memasok arus kepada konsumen sebelum menghidupkan mesin dan untuk menghidupkan mesin. Forklift menggunakan baterai asam. Baterai terdiri dari beberapa baterai yang dihubungkan secara seri. Baterai adalah sumber energi listrik kimia terbarukan. Tindakan baterai didasarkan pada konversi berurutan energi listrik menjadi energi kimia (pengisian) dan sebaliknya - energi kimia menjadi energi listrik (pengosongan).

Baterai terdiri dari tangki 4, dibagi di dalam dengan sekat menjadi beberapa kompartemen. Di masing-masing (bank) satu baterai ditempatkan. Tangki terbuat dari plastik tahan asam atau ebonit. Ini memiliki 3 tulang rusuk di bagian bawah, di mana pelat diletakkan. Setiap toples berisi satu set pelat positif 2 dan negatif 1.

Pelat baterai dibuat dalam bentuk kisi-kisi yang diisi dengan timah bubuk massa aktif. Untuk menambah cadangan energi, jumlah pelat yang dipasangkan ditambah. Jumlah listrik yang dikeluarkan oleh baterai yang terisi penuh ketika terus menerus habis dengan arus konstan hingga tegangan akhir tertentu disebut kapasitas baterai. Kapasitas baterai diukur dalam ampere-jam.

Pelat positif dihubungkan ke pin kutub dengan tanda "+", dan pelat negatif dihubungkan ke pin kutub dengan tanda "-". Keping positif terletak di antara keping negatif, sehingga terdapat satu keping negatif lebih banyak dari pada positif. Pelat dipisahkan oleh partisi berpori - pemisah 9. terbuat dari plastik mikro atau fiberglass. Pemisah mencegah korsleting pelat dan dengan bebas melewatkan elektrolit. Guci ditutup dengan penutup 6, yang memiliki bukaan untuk mengisi toples dengan elektrolit.

Lubang pengisi ditutup dengan sumbat 5. Ada ventilasi di sumbat yang menghubungkan rongga baterai dengan atmosfer, yang diperlukan untuk pelepasan gas yang dilepaskan selama reaksi kimia.

Merek ditandai pada baterai. Misalnya: 6 ST - 50 EM. Ini diterjemahkan sebagai berikut:

6 - jumlah baterai yang terhubung seri;

ST - baterai starter;

50 - kapasitas baterai nominal dalam ampere-jam pada arus pelepasan 20 jam 2,5 A;

E - bahan tangki - ebonit;

М – bahan pemisah – plastik mikro;

Elektrolit dibuat dari asam sulfat H 2 SO 4 dan air suling. Rasio asam dan air dalam elektrolit ditentukan oleh densitasnya. Kepadatan diukur dengan densimeter (hidrometer). Kepadatan elektrolit untuk wilayah kita harus 1,27 - 1,28 g / cm 3. Level elektrolit dalam baterai harus 10-15mm di atas level pelat.

Saat menggunakan baterai, Anda harus:

Pantau level elektrolit;

Kemudian pastikan ujung kabel terpasang dengan kencang dan memiliki kontak yang baik;

Jika terjadi oksidasi pada terminal dan penutup kabel, perlu untuk melepaskan kabel, membersihkan terminal dan penutup kabel, kemudian memasangnya di tempatnya, menciptakan kontak yang baik dan melumasi dengan vaseline teknis;

Kemudian pastikan permukaan baterai bersih dan kering (debu bersifat konduktif secara elektrik, arus bocor dapat mengalir dan baterai akan habis).

Pengoperasian perangkat umum seperti aki mobil (ACB) didasarkan pada efek kimiawi "sulfasi ganda", yang ditemukan pada abad ke-19. Sejak itu, ada banyak berbagai modifikasi dan jenis produk tersebut, namun esensi fungsinya dan perangkat baterainya tetap sama, hanya tampilannya saja yang berubah.

Satu-satunya hal yang dapat dicapai oleh para insinyur selama bertahun-tahun adalah meningkatkan efisiensi reaksi kimia yang terjadi selama sulfasi dan mengurangi biaya tidak produktif untuk pembuatan produk baterai.

Tujuan baterai

Sebelum mempertimbangkan cara kerja baterai, masuk akal untuk membiasakan diri dengan fungsi dasar yang dijalankannya di dalam mobil. Baterai timbal-asam dipasang di mobil modern, memiliki beberapa tujuan sekaligus, yang utamanya adalah:

• "Menggulir" starter saat menghidupkan mesin;
• Catu daya semua peralatan onboard;
• Kemampuan untuk menghubungkan konsumen tambahan (radio, senter, netbook, dll.).

Penting! Dalam dua kasus terakhir, tujuan utama baterai adalah untuk bertindak sebagai semacam penyangga yang menyediakan pemompaan energi selain sumber utamanya - generator bawaan.

Mode ini diperlukan saat putaran mesin tidak mencukupi, yang biasa terjadi saat mengemudi lambat atau berhenti di kemacetan lalu lintas, saat genset tidak beroperasi dengan kapasitas penuh, dan konsumen perlu mengisi ulang daya tambahan.

Elemen ini mengambil peran khusus dalam situasi kritis yang terkait dengan keadaan dari kategori "force majeure". Ini adalah kerusakan generator listrik atau salah satu elemen kontrol yang beroperasi di sirkuit catu daya onboard (pengatur tegangan, penyearah, dll.). Kategori masalah yang sama dengan mobil harus mencakup jeda sabuk berkendara generator.

Saat mempertimbangkan desain baterai asam, komponen terpenting berikut ini dapat dibedakan di dalamnya:

• Wadah plastik berbentuk wadah persegi panjang, terbuat dari bahan khusus(harus tahan terhadap asam dan basa, yaitu lembam);
• Beberapa modul, sering disebut bank, yang terletak di wadah yang sama;

Informasi tambahan. Masing-masing kaleng ini adalah sumber arus penuh, yang bila digabungkan dengan yang lain, membentuk baterai elemen daya untuk voltase yang sesuai.

• Setiap bank (elemen), pada gilirannya, terdiri dari beberapa sel yang dihubungkan secara seri, dipisahkan oleh pelat dielektrik. Sel-sel ini dibuat berdasarkan timbal dan dioksidanya, membentuk bagian anoda dan katoda pemisah (kutub negatif dan positif rakitan). Mereka juga merupakan sumber arus terpisah yang terhubung berpasangan; kapasitas mereka karena pembentukan rantai paralel berlipat ganda.

Selain komponen-komponen ini, paket baterai mencakup intercell jumper dan pegangan untuk membawa produk dengan mudah.

Semua komponen (paket) baterai di atas diisi dengan larutan asam sulfat murni, diencerkan ke konsentrasi yang diinginkan dengan air suling. Gambaran umum komposisi baterai tipikal dapat diperoleh dengan membaca gambar di bawah ini.

Prinsip operasi

Prinsip pengoperasian baterai adalah sebagai berikut:

• Setelah dituangkan ke dalam bank elektrolit internal, sebagai akibat dari reaksi kimia yang keras, endapan timbal sulfat pada pelat katoda;
• Proses ini disertai dengan pelepasan energi kimia dalam jumlah besar, yang dalam media cair (karena elektrolisis) diubah menjadi arus listrik;
• Karena energi dikonsumsi selama pengoperasian baterai, kerapatan komposisi elektrolitik secara bertahap menurun, yang menyebabkan penurunan konsentrasinya secara signifikan. Untuk mengembalikan kinerja baterai yang "habis", perlu diisi, dilakukan dari pengisi daya yang kuat.

Ketika tegangan 12 volt diterapkan ke terminal baterai (saat sedang diisi ulang), sebuah proses diamati yang merupakan kebalikan dari pelepasannya. Dalam hal ini, komponen timbal sepenuhnya dikembalikan ke keadaan semula dengan peningkatan konsentrasi (densitas) elektrolit secara bersamaan. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa prinsip pengoperasian baterai adalah aliran reaksi kimia dalam kondisi baterai yang dibuat secara artifisial.

Mempertahankan mode operasi (aturan pengisian ulang)

Pengisian ulang baterai timbal-asam secara "biasa" dilakukan dari generator listrik saat kendaraan sedang melaju. Dengan konsumsi daya baterai yang intensif, perlu restorasi tambahan, dilakukan dalam kondisi stasioner (di garasi atau langsung di rumah).

Untuk pengisian ulang seperti itu, diperlukan perangkat khusus yang disebut "pengisi daya". Miliknya diagram sirkuit tersedia dalam literatur perawatan apa pun aki mobil(lihat foto di bawah).

Penting! Perangkat semacam itu sangat diminati operasi musim dingin mobil, yaitu dalam kondisi di mana kemampuan aki yang didinginkan untuk mengisi daya menurun tajam.

Pada saat yang sama, konsumsi listrik yang dihabiskan untuk menghidupkan mesin dingin meningkat drastis. Dalam hal ini, para ahli menyarankan untuk mengisi baterai dalam kondisi hangat setelah memanaskannya terlebih dahulu.

Juga tidak disarankan untuk membiarkan baterai benar-benar habis dan tetap dalam kondisi ini untuk waktu yang lama. Pengecualian adalah situasi ketika baterai dipindahkan secara artifisial ke keadaan konservasi dan diisi dengan larutan suling untuk musim dingin (tetapi dalam kasus ini, Anda perlu mengisi ulang setidaknya sebulan sekali).

Lokasi baterai di dalam kompartemen mesin menjamin kenyamanan perawatannya, yang terdiri dari pemeriksaan kerapatan komposisi elektrolitik. Untuk pengendaliannya yang sistematis, perangkat khusus disebut hidrometer. Dengan bantuan mereka, dimungkinkan untuk mengukur kerapatan elektrolit sekaligus memeriksa voltase baterai dalam mode beban kerja.

Pendekatan komprehensif untuk mengukur parameter utama baterai asam memungkinkan Anda untuk menentukan semuanya terlebih dahulu titik lemah mengoperasikan produk dan mengambil beberapa tindakan untuk menghilangkannya.

baterai alkaline

Desain

Desain baterai alkaline mirip dengan produk asam yang dibahas sebelumnya. Tetapi pelat pengisiannya dibuat berdasarkan komponen kimia lainnya, dan kalium kaustik, dibawa ke kepadatan yang diinginkan, berfungsi sebagai komposisi elektrolitik.

Perbedaan lain terlihat pada detail penting seperti desain wadah baterai, lokasi kontak terminal, serta adanya semacam "kemeja" di sekitar setiap pelat baterai.

Pelat "negatif" dari baterai semacam itu terbuat dari kadmium dengan campuran besi, dan kutub positifnya terbuat dari nikel hidroksida dengan penambahan grafit, yang meningkatkan konduktivitas listrik katoda. Di antara mereka sendiri, pelat-pelat tersebut dihubungkan berpasangan menjadi tepian, yang juga digabungkan menjadi balok-balok paralel.

Saat mengisi baterai alkaline, terjadi transformasi kimia, disertai dengan pelepasan energi dalam jumlah besar, yang diubah menjadi bentuk listrik.

Keuntungan dan kerugian

Keunggulan produk dari kelas alkaline antara lain:

• Peningkatan ketahanan terhadap deformasi dan tekanan mekanis, termasuk guncangan dan guncangan;
• Arus pelepasan yang lebih besar daripada aliran asam;
• Tidak adanya emisi gas berbahaya bagi manusia;
• Ukuran lebih kecil dan mudah dibawa dari satu tempat ke tempat lain;
• Sumber daya operasional yang tinggi (mereka akan bertahan lebih lama dari produk asam);
• Tidak penting untuk proses pengisian daya (untuk fenomena pengisian daya yang tidak mencukupi atau pengisian daya yang berlebihan).

Keuntungan terakhir dapat ditambah dengan fakta bahwa ketika tingkat pengisian maksimum tercapai dan proses ini berlanjut, tidak ada bahaya yang dapat terjadi pada baterai. Dalam hal ini, air diuraikan menjadi komponen alaminya dan tingkat larutan yang diisi (elektrolit) diturunkan, yang pada prinsipnya tidak menimbulkan ancaman apa pun dan dikompensasi hanya dengan menambahkan air suling.

Satu-satunya kelemahan dari baterai jenis ini adalah biayanya yang relatif tinggi.

Menyimpulkan semua yang telah dikatakan, kami mencatat bahwa memahami bagaimana baterai diatur dan apa prinsip operasinya, akan memungkinkan pengguna untuk memperpanjang usia atribut otomotif yang penting ini secara signifikan. Dengan pendekatan penggunaan baterai ini, banyak penggemar berhasil tidak hanya menghemat perawatannya, tetapi juga menerima "dividen" tertentu dalam bentuk pengendaraan yang aman dan nyaman.

Video

Ini disebut baterai listrik. Proses kimia di dalam baterai, tidak seperti sel galvanik sekali pakai, seperti baterai alkalin atau garam, bersifat reversibel. Siklus pengisian-pengosongan, akumulasi dan pengembalian energi listrik dapat berulang berkali-kali.

Jadi, prinsip pengoperasian baterai memungkinkan Anda menggunakannya secara siklis untuk catu daya otonom dari berbagai perangkat, perangkat portabel, Kendaraan, peralatan medis, dll. di area yang sangat berbeda.

Saat mengucapkan kata "baterai", artinya baterai itu sendiri atau sel baterai. Beberapa sel baterai yang dihubungkan secara seri atau paralel membentuk baterai penyimpanan, serta beberapa baterai yang terhubung.

Baterai pertama, yaitu sel galvanik yang dapat digunakan kembali, muncul, menurut data resmi, pada tahun 1803. Itu diciptakan oleh fisikawan dan kimiawan Jerman Johann Wilhelm Ritter. Teman Oersted, Ritter, bukan seorang ilmuwan, mempelajari efek kimia cahaya, melakukan eksperimen dengan elektrolisis, ngomong-ngomong, dia memiliki penemuan bagian ultraviolet dari spektrum elektromagnetik.

Setelah bereksperimen dengan kolom volta, Ritter mengambil lima puluh lingkaran tembaga, potongan kain basah, dan membuat kolom yang terdiri dari lima puluh lingkaran dan kain basah di antaranya. Setelah melewati arus dari kolom volta melalui struktur, Ritter menemukan bahwa kolomnya diisi dan menjadi sumber listrik. Ini adalah baterai pertama.

Reversibilitas reaksi kimia dalam elektrolit dan elektroda baterai memungkinkan Anda memulihkan kinerja baterai - untuk mengisinya setelah habis. Arus selama proses pengisian dilewatkan melalui baterai dengan arah yang berlawanan dengan pelepasan.

Misalnya, baterai timbal-asam bekerja dengan reaksi elektrokimia timbal dan timbal dioksida dalam asam sulfat. Rumus di bawah ini mencerminkan reaksi bolak-balik yang terjadi di anoda dan di katoda: dari kiri ke kanan - reaksi selama pelepasan, dari kanan ke kiri - muatan.

Perhatikan sekarang perangkat aki menggunakan contoh aki starter mobil. Tegangannya 12 volt. Baterai terdiri dari enam sel galvanik yang dihubungkan secara seri, dipisahkan oleh partisi.

Koneksi serial dalam hal ini berarti terminal negatif dari satu sel terhubung ke terminal positif dari sel berikutnya.

Setiap elemen mencakup sepasang elektroda grid paduan timbal-antimoni yang direndam dalam elektrolit, yang merupakan larutan asam sulfat 38%. Pemisah berpori mengisolasi elektroda satu sama lain, mencegah korsleting di antara keduanya, tetapi dengan bebas melewatkan elektrolit melalui dirinya sendiri. Artinya, cairan mengisi sel-sel pelat timah dan pori-pori pemisah.

Pelat dengan nama yang sama saling berhubungan dengan jumper timah, serta paket pelat yang dipisahkan oleh partisi yang membentuk elemen individu, dan terminal baterai juga terbuat dari timah.

kesimpulan baterai mobil ukurannya selalu sedikit berbeda satu sama lain - terminal positif berdiameter lebih besar daripada yang negatif, agar tidak membuat kesalahan saat menghubungkan.

Casing baterai terbuat dari bahan dielektrik yang tahan terhadap lingkungan agresif, suhu ekstrem, dan getaran. Saat ini, casing baterai starter terbuat dari polypropylene.

Kasingnya adalah wadah tertutup rapat dengan penutup, dilengkapi flensa untuk pengikatan yang kuat. Dalam kasus baterai lama, sumbat selalu disediakan di atas setiap sel galvanik yang membentuk baterai, sehingga air suling dapat ditambahkan jika perlu. Modern baterai bebas perawatan tidak ada colokan di lambung kapal.

Prinsip dasar pengoperasian baterai timbal-asam (baterai), yang didefinisikan dengan istilah "sulfasi ganda", dikembangkan (diciptakan) lebih dari satu setengah abad yang lalu sekitar tahun 1860 dan tidak mengalami inovasi mendasar sejak saat itu. Cukup banyak model khusus yang muncul, tetapi desain baterai yang dirilis kemarin di Jepang atau diproduksi hari ini di Rusia atau Jerman sama dengan desain baterai pertama yang dirakit "di atas lutut" di Prancis, dengan perbaikan dan perbaikan yang tak terhindarkan. pengoptimalan.

Tujuan

Aki pada mobil konvensional dirancang untuk mengoperasikan starter saat menghidupkan mesin dan untuk menyediakan pasokan tegangan yang stabil dengan listrik ke banyak peralatan listrik. Sementara itu, peran aki mobil sebagai “penyangga energi” juga tidak kalah pentingnya jika suplai energi dari genset tidak mencukupi. Contoh tipikal dari mode ini adalah saat mesin bekerja pemalasan sambil berdiri di tengah kemacetan. Pada saat-saat seperti itu, semua aksesori daya dan peralatan servis tambahan hanya diberi daya dari baterai. Peran baterai asam sangat penting jika terjadi force majeure darurat: kerusakan generator, pengatur tegangan, penyearah, saat sabuk generator putus.

Aturan Pengisian

Pengisian ulang aki mobil timbal-asam dalam mode normal dibuat dari generator. Dengan pengoperasian baterai yang intensif, diperlukan pengisian ulang tambahan dalam kondisi stasioner melalui pengisi daya khusus. Ini terutama berlaku di waktu musim dingin ketika kemampuan baterai dingin untuk mengisi daya berkurang tajam, dan konsumsi energi untuk memutar motor dalam cuaca dingin meningkat. Oleh karena itu, pengisian aki mobil harus dilakukan di tempat yang hangat setelah dihangatkan secara alami.

Penting! Mempercepat pemanasan baterai dengan air panas atau pengering rambut tidak dapat diterima, karena penghancuran pelat karena penurunan suhu yang tajam adalah nyata. Saat pengisi jatuh ke dasar kaleng, kemungkinan pelepasan sendiri meningkat tajam karena penutupan pelat.
Untuk apa yang disebut baterai "kalsium", mencegah pengosongan penuh atau signifikan sangat penting, karena sumber daya baterai jenis ini dibatasi hingga 4-5 siklus pengosongan penuh, setelah itu baterai menjadi tidak dapat digunakan.

Pada kendaraan hibrida dan listrik saat ini, baterai memiliki ukuran dan kapasitas yang lebih besar untuk menghasilkan daya dorong. Mereka disebut traksi. Dalam kendaraan listrik "bersih", hanya baterai yang menjadi pemasok energi untuk pergerakan dan pengoperasian semua peralatan listrik, oleh karena itu ukurannya cukup besar dan kapasitasnya berkali-kali lebih besar daripada baterai di mobil "klasik" dengan mesin karburator. Misalnya: tangki, diesel, kapal selam dan sebagainya. Padahal prinsip baterai asam sama di semua kasus, kecuali ukurannya.

Perangkat baterai asam dan prinsip operasinya

Perangkat baterai asam (timbal-asam) untuk berbagai keperluan, dari produsen yang berbeda berbeda secara mendasar dan dalam bentuk tesis adalah sebagai berikut:

1. badan wadah plastik terbuat dari bahan lembam, tahan terhadap lingkungan yang agresif;
2. dalam kasus umum ada beberapa modul-kaleng (biasanya enam), yang merupakan sumber arus penuh dan terhubung satu sama lain dengan satu atau lain cara, tergantung pada tugas utama;
3. setiap bank berisi paket padat yang terdiri dari rangkaian pelat bermuatan negatif dan positif yang dipisahkan oleh pemisah dielektrik (masing-masing katoda timbal dan anoda timbal dioksida). Setiap pasang pelat adalah sumber arus, koneksi paralelnya mengalikan tegangan keluaran;
4. kantong diisi dengan larutan asam sulfat murni secara kimiawi, diencerkan hingga kepadatan tertentu dengan air suling.

Pengoperasian baterai asam

Selama pengoperasian baterai asam, timbal sulfat terbentuk pada pelat katoda dan energi dilepaskan dalam bentuk arus listrik. Karena air yang dilepaskan selama reaksi elektrokimia, densitas asam elektrolit berkurang, menjadi kurang pekat. Ketika tegangan diterapkan ke terminal selama pengisian, proses sebaliknya terjadi dengan reduksi timbal menjadi bentuk logam dan konsentrasi elektrolit meningkat.

Cara kerja baterai alkaline dan cara kerjanya

Struktur baterai alkaline mirip dengan baterai asam. Tetapi pelat bermuatan positif dan negatif memiliki komposisi unsur yang berbeda, dan larutan kalium hidroksida dengan kerapatan tertentu digunakan sebagai elektrolit. Ada perbedaan lain - di badan kontainer itu sendiri, keluaran terminal dan adanya "kemeja" berjaring halus di sekitar masing-masing pelat.

Katoda negatif dari baterai alkaline tradisional terbuat dari kadmium spons dengan campuran besi spons, katoda positif terbuat dari nikel hidroksida trivalen dengan penambahan grafit serpihan, penambahan yang memberikan konduktivitas listrik yang lebih baik dari katoda. Sepasang pelat dihubungkan secara paralel di tepian, yang juga dihubungkan secara paralel. Dalam proses pengisian baterai alkalin, nikel divalen dalam oksida hidrat mengubah valensi menjadi "8" dan berubah menjadi oksida hidrat; senyawa kadmium dan besi direduksi menjadi logam. Saat pemakaian, prosesnya berlawanan.

Keuntungan dari baterai alkaline

Keuntungan dari tipe alkali meliputi:

• struktur internal memberikan peningkatan ketahanan terhadap tekanan mekanis, termasuk guncangan dan guncangan;
• arus pelepasan bisa jauh lebih tinggi daripada aliran asam;
• pada dasarnya tidak ada penguapan/emisi zat berbahaya dengan gas;
• lebih ringan dan lebih kecil dengan kapasitas yang sama;
• memiliki sumber daya yang sangat tinggi dan melayani 7-8 kali lebih lama;
• bagi mereka, pengisian daya yang berlebihan atau kekurangan daya tidaklah penting;
• operasi mereka sederhana.

Setelah mencapai muatan maksimum yang mungkin dan terus terhubung ke pengisi daya tidak ada proses elektrokimia negatif yang terjadi dengan unsur-unsurnya. Elektrolisis air menjadi hidrogen dan oksigen dimulai dengan peningkatan konsentrasi kalium kaustik dan penurunan tingkat elektrolit, yang dapat dikompensasi dengan aman dan mudah dengan menambahkan air suling.
Jelas, ada indikator dimana baterai jenis ini lebih buruk daripada asam:

• penggunaan bahan yang mahal meningkatkan biaya per unit kapasitas hingga empat kali lipat;
• lebih rendah - 1,25 V versus 2 dan lebih tinggi V - tegangan pada elemen.

Kesimpulan

Pengoperasian yang benar dari semua jenis baterai memastikan pengoperasian yang lama dan andal, yang tidak hanya menghemat uang, tetapi juga menjamin keamanan dan kenyamanan yang lebih baik saat mengendarai mobil.