Autobaterie
Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od
verze recenzované 22. června 2022; kontroly vyžadují
2 úpravy .
Autobaterie (přesněji autobaterie [zkr. autobaterie]) je typ elektrické baterie používané v automobilech nebo motocyklech. Používá se jako pomocný zdroj elektrické energie v palubní síti při vypnutém motoru a ke spouštění motoru.
V elektrické dopravě se nejedná o pomocný zdroj energie, ale o hlavní. Takové baterie se nazývají trakční .
Klíčové vlastnosti
- Elektrochemický typ :
- Olověná baterie . Jmenovité napětí článku je asi 2 V. Proto prakticky používané baterie, skládající se z řady sériově zapojených článků (sekcí, hovorově někdy "plechovek"), mají napětí, která jsou násobky 2V.
Dále v textu je uvažována pouze olověná baterie, protože pokud baterie není trakční, bude častěji používána jako „autobaterie (startovací)“. Olověné baterie mají jedinečnou schopnost automaticky zastavit nabíjení a prudký nárůst napětí a také prudký pokles nabíjecího proudu při plném nabití. Současně je také možné použití stejných lithium-iontových nebo lithium-železo-fosfátových baterií, ale vzhledem k tomu, že vyžadují další elektronický obvod pro sledování jejich stavu, vysoká cena, jsou používány méně často [ 1] [2] [3] .
- Jmenovité napětí :
- 6 V - až do konce 40. let XX století měly téměř všechny vozy šestivoltové elektrické vybavení. V současné době se baterie s napětím 6 V používají pouze na zejména lehkých motorových vozidlech.
- 12V - V současné době všechna benzínová auta, nákladní auta a autobusy a většina motocyklů používají pouze baterie s tímto napětím.
- 24 V - používá se na těžká nákladní vozidla a autobusy s dieselovými motory , trolejbusy , tramvaje a vojenská vozidla s dieselovými motory.
Lehké nákladní automobily, dodávky a osobní automobily s dieselovými motory také používají 12voltové baterie.
Napětí naprázdno ( napětí s odstraněnými svorkami ) baterie může souviset s přibližnou úrovní nabití. Pokud je akumulátor na vozidle, je měřeno „ napětí bez zátěže “, když je motor zastaven a zátěž je zcela odpojena (svorky jsou odstraněny).
Stupeň nabití se vyhodnocuje u akumulátoru odpojeného od zátěže po minimálně 6 hodinách klidu a při pokojové teplotě. V případě jiné než pokojové teploty se aplikuje teplotní korekce. V průměru se má za to, že pokles teploty o 1 °C oproti pokojové teplotě snižuje kapacitu asi o 1 %, takže při -30 °C bude kapacita autobaterie asi poloviční než při +20 °C.
Napětí bez zátěže při T = 26,7 °C
|
Přibližný poplatek
|
Hustota elektrolytu při T = 26,7 °C
|
12 V |
6 V
|
12,70 V |
6,32 V |
100 % |
1,265 g/cm³
|
12,35 V |
6,22 V |
75 % |
1,225 g/cm³
|
12,10 V |
6,12 V |
padesáti % |
1,190 g/cm³
|
11,95 V |
6,03 V |
25 % |
1,155 g/cm³
|
11,70 V |
6,00 V |
0 % |
1,120 g/cm³
|
Napětí naprázdno závisí také na teplotě a na hustotě elektrolytu při plném nabití. Je třeba poznamenat, že hustota elektrolytu při stejné úrovni nabití závisí také na teplotě (inverzní vztah).
- Kapacita baterie , měřená v ampérhodinách. Pokud jde o označení baterie, hodnota kapacity ukazuje, jaký proud bude autobaterie rovnoměrně vybíjet na konečné napětí během 20hodinového vybíjecího cyklu. Například označení 6ST-60 znamená, že baterie bude dodávat proud 3 A po dobu 20 hodin, přičemž na konci napětí na svorkách neklesne na 10,5 V. To však vůbec neznamená lineární závislost doby vybíjení na vybíjecím proudu. Po celou hodinu nebude naše baterie schopna trvale dávat 60 A.
Charakteristickým rysem baterií je zkrácení doby vybíjení se zvýšením vybíjecích proudů. Závislost doby vybíjení na vybíjecím proudu se blíží mocninnému zákonu. Rozšířený je zejména vzorec německého vědce Peikerta , který zjistil, že: . Zde je kapacita baterie a je to Peukertovo číslo, což je exponent, který je konstantní pro danou baterii nebo typ baterie. U olověných baterií se Peukertovo číslo obvykle pohybuje od 1,15 do 1,35. Hodnotu konstanty na levé straně rovnice lze určit z nominální kapacity baterie. Poté, po několika transformacích, dostaneme vzorec pro skutečnou kapacitu baterie při libovolném vybíjecím proudu :





.
Zde je jmenovitá kapacita baterie a je to jmenovitý vybíjecí proud, na který je nastavena jmenovitá kapacita (obvykle proud 20hodinového nebo 10hodinového vybíjecího cyklu).


Kapacita baterie se zpravidla vybírá na základě pracovního objemu motoru (větší objem - větší výkon startéru - větší kapacita baterie), jeho typu (u dieselových motorů by kapacita autobaterie měla být větší než u benzínových motorů se stejným objemem válců) a provozními podmínkami (pro oblasti s chladným klimatem je kapacita zvýšena v důsledku snížení kapacity baterie při nízkých teplotách a obtížného startování motoru se startérem v důsledku zahuštění oleje ).
- Rezervní kapacita. Na rozdíl od jmenovité kapacity, která je dána relativně malým proudovým výbojem, rezervní kapacita ukazuje, jak dlouho může auto jet v zimní noci, pokud selže generátor. Předpokládá se, že vybíjecí proud je 25 A, protože v zimní noci se hodně energie spotřebuje na osvětlení a vytápění interiéru. V tomto případě nelze jednoduše vydělit jmenovitou kapacitu autobaterie 25 A. Při tomto proudu bude rezervní kapacita přibližně 2/3 jmenovité. Hodnota rezervní kapacity je zpravidla uvedena na označení autobaterie v minutách.
- Startovací proud nebo studený startovací proud ( angl. cold cranking amps, CCA ) je maximální proud, který může baterie dodat bez poklesu napětí na svorkách pod 9V po dobu 30 sekund při −18 °C podle GOST 53165-2008.
- Při okolní teplotě -10 °C se vlivem chlazení zhorší nabíjecí charakteristika akumulátoru, který nemá ohřev, a při teplotách pod -30 °C se ze standardního generátoru automobilu prakticky nenabíjí [4] . Teplota elektrolytu v baterii instalované na autě je o 5-7 °C vyšší než okolní teplota a mění se po ní se zpožděním 4-5 hodin. V režimu dlouhodobé jízdy po dobu 10-12 hodin se teplota elektrolytu v nezahřívaných bateriích zvýší o 2-3 °C a v přítomnosti vyhřívaného prostoru pro baterie o 5-7 °C. Proto se pro spolehlivý provoz při nízkých teplotách používají bateriové konstrukce s vnitřním elektrickým ohřevem [5] [6] .
Cyklus nabíjení/vybíjení
Autobaterie obsahuje chemikálie, které při interakci vytvářejí elektrický proud. Dva různé kovy jsou umístěny v kyselém prostředí zvaném elektrolyt. Dochází k toku elektronů a elektrony z jedné skupiny desek přecházejí do druhé.
Baterie je nabitá
Plně nabitá baterie obsahuje zápornou houbovou olověnou (Pb) desku - katodu , kladnou desku oxidu olovnatého (PbO 2 ) - anodu a elektrolyt z roztoku kyseliny sírové (H 2 SO 4 ) a vody (H 2 O) .
Baterie je téměř vybitá
Když je baterie vybitá, oxid olovnatý na katodě se redukuje a olovo se oxiduje na anodě. Kovy obou desek reagují s SO 4 , což vede ke vzniku síranu olovnatého (PbSO 4 ). Vodík (H 2 ) z kyseliny sírové reaguje s kyslíkem (O 2 ) z kladné desky za vzniku vody (H 2 O). Tím se spotřebovává kyselina sírová a vzniká voda. Správné nabíjení do značné míry určuje životnost baterie. [7]
Slabá baterie
V plně vybité baterii jsou obě desky potaženy síranem olovnatým (PbSO 4 ) a elektrolyt je z velké části zředěn vodou (H 2 O).
Baterie se nabíjí
Proces je opakem vybíjení.
Síran (SO 4 ) opustí desky a spojí se s vodíkem (H 2 ) za vzniku kyseliny sírové (H 2 SO 4 ). Volný kyslík (O 2 ) se sloučí s olovem (Pb) na kladné desce za vzniku oxidu olovnatého (PbO 2 ). Jak se baterie blíží k plnému nabití, vodík se tvoří na záporných deskách a kyslík se tvoří na kladných deskách, dochází k plynování. Unikající plyn je výbušný .
Typy autobaterií
|
|
Napájení elektromobilu ( "Hotzenblitz" ) pomocí 14 NiMH baterií o napětí 12 V a kapacitě 78 Ah, každá se skládá z 10 prizmatických baterií o napětí 1,2 V |
|
Typ baterie
Používá se hlavně olověný typ . Samotná baterie se skládá ze 6 baterií (plechovek), každá o jmenovitém napětí asi 2,2 V, zapojených do série do baterie. Obvyklým elektrolytem je směs destilované vody a kyseliny sírové o hustotě v rozmezí 1,23-1,31 g/cm³ (čím větší hustota elektrolytu, tím je baterie odolnější proti mrazu), ale nyní se vyrábí autobaterie. na bázi technologie AGM (Absorbent Glass Mat), elektrolyt, který je absorbován ve skleněném vláknu[ specifikovat ] , stejně jako tzv . gelové baterie, kde je elektrolyt zahuštěn do gelovitého stavu silikagelem (technologie se nazývá GEL).
Rozměry
Stalo se tak, že při vývoji nového typu nebo dokonce značky automobilového vybavení bylo často nutné vyvinout pro něj novou automobilovou baterii. V budoucnu výrobci vyvinuli velkou řadu různých baterií, které se výrazně liší velikostí a elektrickými charakteristikami. U těžkých nákladních vozidel a speciálních vozidel s 24voltovou palubní sítí se používají dvě stejné 12voltové baterie zapojené do série nebo jedna 24voltová baterie (výjimečně).
V současné době existuje několik typů baterií . Baterie pro japonský a evropský trh se mohou lišit velikostí.
Polarita
„reverzní“ nebo „přímý“. Určuje umístění elektrod na pouzdru autobaterie. Domácí automobily se vyznačují přímou polaritou, kdy kladný pól je vlevo a záporný pól vpravo, s baterií v poloze „svorky blíže k vám“. Často je nemožné nainstalovat cizí baterii, například "evropskou" na japonské auto. Možná bude nutné prodloužit kabeláž.
Průměr koncovky
V typu Euro - typ 1 - 19,5 mm "kladná" svorka a 17,9 mm "negativní" svorka. Typ Asia - Typ 3 - 12,7 mm na "kladné" svorce, - a 11,1 mm na "mínusové" svorce [8] . Vyrábí se "Capky" - adaptéry z tenkých koncovek na tlusté.
Typ montáže
V konkrétním vozidle může být implementován jeden z typů upevnění automobilové baterie - horní nebo spodní. U některých vozidel nemusí být k dispozici konstrukce pro zajištění baterie. Označení typů spodní montáže jsou následující: B00, B01, B03, B13.
Potřeba údržby
Podle tohoto principu jsou automobilové baterie klasifikovány do dvou typů: servisované (a jako jejich podkategorie nenáročné na údržbu) a bezúdržbové (v textu GOST jsou označeny jako bezúdržbové). Konstrukčně jednoduché baterie vyžadují pravidelné sledování stavu elektrolytu a pravidelné dobíjení speciální technologií pomocí stacionární nabíječky. V průmyslových podnicích pro péči o autobaterie jsou speciálně vyškolení lidé (bateriáři) i nabíjecí stanice.
„Bezúdržbové“ autobaterie – to však neznamená, že taková baterie vůbec nepotřebuje péči. Bezúdržbová baterie má zpravidla zabudovaný ukazatel hustoměru , jehož barva určuje hustotu elektrolytu - zelený pásek při normální hustotě, červený nebo bílý - při nízké (baterii nutno vyměnit). Je také nutné pravidelně kontrolovat hladinu elektrolytu podle značek na pouzdru. U všech automobilových baterií, aby nedošlo k poškození bateriového prostoru kyselinou, je nutné kontrolovat těsnost pouzdra, plnicí zátky a čistotu vypouštěcích otvorů, a pokud se objeví známky elektrolytu, odstranit únik a důkladně opláchněte pouzdro a přihrádku automobilové baterie neutralizačním alkalickým prostředkem. Je také nutné pravidelně důkladně čistit a mazat svorky lithiovým mazivem, aby nedošlo k jejich elektrokorozivní destrukci.
Zajímavosti
- S klesající teplotou se schopnost baterie „nabíjet“ snižuje. Krátké jízdy v zimních mrazech, zejména se zapnutými světlomety, proto mohou poměrně rychle vést k úplnému vybití i absolutně provozuschopné baterie. To vede nejen k nemožnosti nastartování motoru, ale také ke snížení životnosti baterie, zejména u moderních baterií s hustými separátory (například „vápník“). [9]
- V zimě se doporučuje pravidelně vyjímat baterii z auta a nabíjet ji nabíječkou po jejím zahřátí na vzduchu na kladnou teplotu. Zahřívání studené baterie v horké vodě je nežádoucí z důvodu možného částečného odlupování aktivní hmoty desek v důsledku rychlých teplotních deformací.
- Existuje názor[ kde? ] o nepřípustnosti instalace baterie se zvýšenou kapacitou do auta, jelikož s větší kapacitou se autobaterie údajně nestihne nabít. Energie vynaložená na nastartování motoru však nezávisí na kapacitě, proto se s fungujícím generátorem bude současně doplňovat v autobaterii. Někteří lidé se také obávají možnosti spálení startéru , avšak proud spotřebovaný startérem nezávisí na kapacitě autobaterie, ale pouze na jejím vnitřním odporu a podmínkách startování. Pro oblasti s tuhými zimami se doporučuje instalovat vysokokapacitní autobaterii. V tomto případě bude baterie schopna dávat větší proud při startu, zvyšuje se počet pokusů o start, snižuje se relativní vybití baterie, což zvyšuje spolehlivost a prodlužuje životnost [10] . Méně prostorná baterie má však s největší pravděpodobností větší úbytek napětí v době spouštění motoru než prostornější, což znamená, že možný maximální proud je také menší než u kapacitnější baterie, takže možná je na tom něco pravdy v tomto mýtu přece. Je však třeba mít na paměti, že baterie s větší kapacitou (než běžná) vyžaduje při silném vybití stejný čas k plnému nabití, neboť se nabíjí vyššími proudy. A to se v zimě stává poměrně často, protože taková baterie vám umožňuje otáčet startérem po dlouhou dobu. Charakteristickým rysem olověných baterií je, že výrazně zkracují svou životnost, pokud nejsou nabity na 100 %, kvůli nevratné sulfataci, ke které dochází. Také si uvědomte, že výrazně větší baterie bude větší a nemusí se vejít do prostoru pro baterii. Na internetu lze najít tvrzení, že při nízkých teplotách v zimě probíhá proces sulfatace desek extrémně pomalu vzhledem k povaze chemické reakce.
- Je velmi nežádoucí vyměňovat baterii za chodu motoru, protože přepětí spojené s odpojením a připojením baterie může poškodit elektrické vybavení vozidla . V případě nutnosti výměny baterie při běžícím motoru, aby se minimalizoval rázový proud, je nutné před odpojením baterie zapnout maximální počet elektrospotřebičů ve voze (světlomety, motor „sporák“, rádio, vyhřívání zadního okna atd.). Připojení každé svorky musí být provedeno rychle, bez opakovaného dotyku svorky výstupu baterie. Otáčky motoru nesmí překročit volnoběžné otáčky. V ideálním případě musí být odpojené / připojené baterie a svorky vozu dočasně zapojeny paralelně s vodiči, poté odpojte všechny vodiče od odpojené baterie, nainstalujte připojenou, nasaďte na ni svorky a úplně na konci odpojte dočasné vodiče ze svorek vozu a z připojené baterie. Tímto způsobem je dosaženo záměrně trvalého připojení kterékoli z baterií a nežádoucí napěťové rázy jsou prakticky vyrovnány.
- S vybitou baterií, tzv. „ Osvětlení “ z jiného vozu musí být provedeno s pečlivým dodržováním určitého souboru pravidel stanovených výrobcem vozu. Porušení těchto pravidel může způsobit poškození výbavy vozu.
Viz také
Poznámky
- ↑ Lithium-iontové baterie: proč se nedávají do aut Archivní kopie ze dne 15. února 2019 na Wayback Machine // Článek ze dne 10. 12. 2017 B. Ignashin. Uveřejněno v č. 10 (57) časopisu "Motor" za rok 2017 (str. 44-47).
- ↑ Lithium-Ion Future: New Generation Batteries Archivní kopie ze dne 15. února 2019 na Wayback Machine // 19. 6. 2008 V. Sannikov. Publikováno v č. 7 (69) časopisu Popular Mechanics , 2008.
- ↑ 7 důležitých otázek (a odpovědí) o bateriích Archivováno 15. února 2019 na Wayback Machine // 24. 12. 2018 M. Kolodochkin. Článek v online vydání " Za volantem "
- ↑ Kashtanov, 1983 , s. 176.
- ↑ Železniční doprava. - 2011. č. 12. - c.35. (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 15. prosince 2015. Archivováno z originálu 22. prosince 2015. (neurčitý)
- ↑ Kashtanov, 1983 , s. 21–23.
- ↑ Návod, jak správně nabíjet autobaterii bez vyjmutí baterie (video) . autoclema.com. Staženo 11. dubna 2018. Archivováno z originálu 12. dubna 2018. (Ruština)
- ↑ svorky - Typ 1 mají evropskou normu; koncovky řady ASIA - Typ 3 - tenčí než evropský standard. . Získáno 13. března 2011. Archivováno z originálu dne 22. května 2011. (neurčitý)
- ↑ Přehled informací o „vápníkových“ bateriích z různých zdrojů. . Získáno 24. listopadu 2020. Archivováno z originálu dne 23. června 2020. (neurčitý)
- ↑ Michail Kolodochkin: „Baterie: je možné do auta nainstalovat baterii s větší kapacitou, než je ta standardní? Archivováno 10. března 2013 na Wayback Machine . " Za volantem ", 20.02.2013
Literatura
- Kashtanov V. P. , Titov V. V. , Uskov A. F. aj. Olověné startovací baterie. Průvodce .. - M . : Vojenské nakladatelství, 1983. - S. 21-23, 176. - 148 s.
Normy v Ruské federaci
V Rusku je na autobaterie a baterie uvalena řada regulačních požadavků, zejména platí řada GOST :
Všeobecné
- GOST R 58092.1-2018 „Systémy skladování elektrické energie (ESES). Termíny a definice"
- GOST 15596-82 „Chemické zdroje proudu. Termíny a definice“ / Sbírka norem „Elektrotechnika. Termíny a definice". Část 2 // M.: Standartinform, 2005. Text dokumentu na stránce " Techexpert ".
- GOST 33667-2015 „Motorová vozidla. Tipy vodičů k závěrům akumulátorových baterií a startérů. Technické požadavky a zkušební metody»
- GOST R ISO 6469-1-2016 „Elektrická trakční silniční doprava. Bezpečnostní požadavky. Část 1. Palubní systémy pro ukládání energie z baterií»
- GOST R IEC 62485-3-2013 „Baterie a instalace baterií. Bezpečnostní požadavky. Část 3. Trakční baterie»
- GOST R IEC 61982-1-2011 „Baterie pro použití v elektrických silničních vozidlech. Část 1. Parametry testu"
- GOST R IEC 61982-2018 „Baterie pro použití v elektrických silničních vozidlech, s výjimkou lithiových baterií. Testovací metody pro stanovení výkonu a vytrvalosti"
- GOST 8771-76 „Ropný bitumen pro plnění akumulátorových tmelů. Specifikace“ ( s dodatky č. 1, 2, 3 )
- GOST 10273-79 „Grafit pro výrobu aktivních hmot alkalických baterií. Specifikace“ ( s dodatky č. 1, 2, 3 )
Podle olovnaté kyseliny
- GOST R 53165-2008 ( IEC 60095-1:2006) „Olověné startovací baterie pro automobilová a traktorová zařízení. Všeobecné technické podmínky" // M.: Standartinform, 2009. Text dokumentu na stránce " Techexpert ".
- GOST 6851-2003 „Olověné startovací a nestartovací baterie pro motocyklové vybavení. Všeobecné technické podmínky»
- GOST R IEC 61430-2004 „Akumulátory a dobíjecí baterie. Metody testování funkce zařízení určených ke snížení nebezpečí výbuchu. Olověné startovací baterie »
- GOST R IEC 60254-2-2009 Olověné trakční baterie. Část 2. Rozměry baterií a svorek a označení polarity baterií "
- GOST 6980-76 „Ebenové bateriové monobloky pro automobily, autobusy a traktory. Specifikace" ( se změnami č. 1, 2, 3, 4 )
- GOST 667-73 „Kyselina sírová pro skladování. Specifikace“ ( s dodatky č. 1, 2, 3 )
- GOST 11380-74 „Akumulátor síranu barnatého. Specifikace“ ( se změnami č. 1, 2 )
Pro hydrid niklu
- GOST R IEC 62675-2017 „Baterie a dobíjecí baterie obsahující alkalické a jiné nekyselé elektrolyty. Utěsněné prizmatické nikl-metal hydridové baterie»
- GOST R IEC 61436-2004 „Akumulátory a dobíjecí baterie obsahující alkalické a jiné nekyselé elektrolyty. Uzavřené nikl-metal hydridové baterie»
Pro nikl-kadmium
- GOST R IEC 60623-2008 „Akumulátory a dobíjecí baterie obsahující alkalické a jiné nekyselé elektrolyty. Nikl-kadmiové otevřené prizmatické akumulátory»
- GOST 27174-86 (IEC 623-83) "Akumulátory a nabíjecí alkalické nikl-kadmiové baterie s kapacitou až 150 Ah. Všeobecné technické podmínky“ ( ve znění dodatků č. 1, 2, 3, 4, 5 )
- GOST R IEC 60622-2010 „Akumulátory a dobíjecí baterie obsahující alkalické a jiné nekyselé elektrolyty. Uzavřené nikl-kadmiové prizmatické baterie»
- GOST R IEC 62259-2007 „Akumulátory a dobíjecí baterie obsahující alkalické a jiné nekyselé elektrolyty. Nikl-kadmiové prizmatické akumulátory s rekombinací plynů»
Lithium-iontovým
- GOST R 56229-2014/ISO/IEC PAS 16898:2012 Elektrická silniční doprava. Lithium-iontové baterie. Označení a rozměry »
- GOST R IEC 62660-1-2014 Lithium-iontové baterie pro elektrická silniční vozidla. Část 1. Stanovení výkonnostních charakteristik
- GOST R IEC 62660-2-2014 „Lithium-iontové baterie pro elektrická silniční vozidla. Část 2. Zkoušky spolehlivosti a provozu s porušením režimů
- GOST R 58152-2018 (IEC 62660-3:2016) Lithium-iontové baterie pro elektrická silniční vozidla. Část 3. Bezpečnostní požadavky»
- GOST R ISO 12405-1-2013 „Elektrická trakční silniční doprava. Zkušební metody pro trakční lithium-iontové baterie a systémy. Část 1: Vysoce výkonné aplikace
- GOST R ISO 12405-2-2014 Elektrická silniční doprava. Technické požadavky na testování modulů a systémů trakčních lithium-iontových baterií. Část 2. Vysokoenergetická aplikace»
- GOST R IEC 62620-2016 „Baterie a dobíjecí baterie obsahující alkalické nebo jiné nekyselé elektrolyty. Akumulátory a lithiové baterie pro průmyslové aplikace ( včetně baterií a baterií pro vysokozdvižné vozíky, golfové vozíky, automatizovaná vozidla pro kontejnery, železniční, námořní dopravu )
Odkazy