Аккумуляторные батареи
Аккумуляторные батареи
АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
Устройство аккумуляторной батареи и принцип ее действия
Аккумуляторная батарея на автомобиле служит для питания электрическим
током стартера при запуске двигателя, а также для всех других приборов
электрооборудования, когда генератор не работает или не может еще отдавать
энергию в цепь.
Если мощность , потребляемая включенными потребителями ,
превышает мощность , развиваемую генератором, аккумуляторная батарея,
разряжаясь , обеспечивает питание потребителей одновременно с работающим
генератором.
Свинцово- кислотная аккумуляторная батарея является вторичным
химическим источником постоянного тока. Прежде чем она будет отдавать
электрическую энергию, ее необходимо зарядить – сообщить ей определенное
количество электрической энергии. На автомобилях применяют стартерные
аккумуляторные батареи, конструкция которых позволяет разряжать их токами,
в 3-5 раз превышающими их номинальную емкость.
Стартерные аккумуляторные батареи , выпускаемые нашей
промышленностью, классифицируют по номинальному напряжению (6 и 12 В); по
конструкции- в моноблоке с крышками и перемычками над крышками и в
моноблоке с общей крышкой и перемычками под крышкой; батареи
необслуживаемые – залитые электролитом и полностью заряженные или
сухозаряженные.
Согласно ГОСТ 959.0- 84, все свинцовые стартерные аккумуляторные
батареи имеют условное наименование. Например, на автомобиле ЗИЛ-130
установлена батарея 6СТ-90. Первая цифра обозначает количество
последовательно соединенных аккумуляторов в батареи. Напряжение каждого
аккумулятора 2 В, поэтому номинальное напряжение батареи 12 В. Буквы СТ
определяют назначение батареи – стартерная.
Число после букв указывает на емкость батареи в ампер-часах в
20-часовом режиме разряда. Буквы после цифр, обозначающих емкость ,
обозначают исполнение батареи : А- с общей крышкой , Н- несухозаряженная ,
З- необслуживаемая, залитая электролитом и полностью заряженная. После
условного обозначения батареи указывают обозначение стандарта или
технических условий на батарею конкретного типа. На батарее там же могут
быть указаны номинальная емкость в ампер- часах (А.ч) в 20-часовом режиме и
разрядный ток батареи (А) при температуре – 18 С.
Аккумуляторная батарея имеет полипропеленовый полупрозрачный корпус 1
(рис.)
Разделенный перегородками на шесть отсеков , представляющих собой отдельные
аккумуляторы. Сверху аккумуляторы закрыты общей полипропеленовой крышкой
2, приваренной к корпусу ультразвуковой сваркой. В крышке имеются
отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор и для прохода
двух полюсных выводов батареи : плюсового и минусового.
Каждый аккумулятор состоит из двух полублоков чередующихся
пластин: положительных 9 и отрицательных 10. Пластины одинаковой полярности
приварены к межэлементным соединениям 4, которые служат для крепления
пластин и выводов тока и соединяют аккумуляторы батареи между собой .
Решетки пластин отлиты из сплава свинца с добавлением кальция и сурьмы,
что замедляет процесс разложения электролита и саморазряд аккумуляторов.
Для увеличения емкости в решетку пластин впрессовывают активную
массу , приготовленную на водном растворе серной кислоты из окислов
свинца – свинцового сурика (Р О ) и свинцового глета ( Р О)- для
положительных пластин и свинцового порошка- для отрицательных пластин .
Одноименные пластины соединяются в полублоки , заканчивающиеся выводными
полюсными штырями. Полублоки с положительными и отрицательными
пластинами собирают в блок таким образом, что положительные пластины
располагаются между отрицательными, поэтому последних на одну больше. Это
позволяет лучше использовать двустороннюю активную массу крайних
положительных пластин и предохраняет из от коробнения и разрушения.
Положительные пластины аккумулятора помещаются в сепараторы ,
изготовленные в виде конвертов из тонкого пластикового микропористого
материала. Это исключает их короткое замыкание отрицательными пластинами
, а малая толщина и большая пористость облегчают прохождение через них
электролита , снижают внутреннее сопротивление и обеспечивают получение
разрядного тока большой силы. Кроме того это исключает короткое замыкание
пластин выпадающей активной массой, позволяет устанавливать блоки пластин
непосредственно на днище бака без ребер и значительно увеличить объем
электролита над пластинами и тем самым увеличить срок доливки
дистилированной воды при эксплуатации автомобиля. Для облегчения проверки
уровня электролита в каждом аккумуляторе у заливных отверстий снизу имеются
трубчатые индикаторы (тубусы) 7. Нижний срез индикатора находится на
требуемой высоте от уровня пластин. При нормальном уровне поверхность
электролита образует четко видимый через наливное отверстие меникс (
элипс). Кроме того , на полупрозрачном пластмассовом корпусе
аккумуляторной батареи могут быть метки « MIN» и «MАХ» между которыми
должен находиться уровень электролита .
Полублоки положительных 9 и отрицательных 10 пластин отдельных
аккумуляторов соединены между собой межэлементными соединениями ,
проходящими через пластмассовые перегородки , и соединяются
соответственно с положительными 3 и отрицательными 5 выводами батареи.
Выводы большинства отечественных и импортных аккумуляторных батарей
имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение надежного контакта с
клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации и имеют
стандартные размеры. Причем положительный вывод батареи по диаметру
больше отрицательного, что исключает возможность нарушения полярности
при установке батареи на автомобиль.
На верхней поверхности батареи расположены отверстия для заливки
электролита в каждый аккумулятор батареи, закрываемые пробками 6. Пробки
имеют вентиляционные отверстия для вывода газов , образующихся в процессе
работы батареи . У новых незалитых батарей вентиляционные отверстия
закрыты специальными герметизирующими приливами, которые при заливке в
батарею электролита удаляются (срезаются) . Электролит, заливаемый в
аккумуляторную батарею , представляет собой раствор химически чистой
аккумуляторной кислоты с дистилированной водой . Для предотвращения
замерзания электролита при эксплуатации аккумуляторной батареи в зимних
условиях плотность регламентируется в зависимости от климатических
условий эксплуатации (см табл)
Плотность электролита при эксплуатации в различных климатических районах
|Климатические районы (средне-|Время года |Плотность электролита , |
|месячная температура воздуха| |приведенная к 25 С |
|в январе) | |г/см3 |
| | |Заливаемого|После |
| | |в батарею |полного |
| | | |раряда |
|Очень холодный (-50-30 С) |Зима |1,28 |1,30 |
| |лето |1,24 |1,26 |
|Холодный (-20 –15 С) |Круглый год |1,26 |1,28 |
|Умеренный (-15 –8 С) |То же |1,26 |1,28 |
|Жаркий сухой (-15 +4 С) | |1,22 |1,24 |
|Теплый влажный ( 0 =4 С) | |1,21 |1,23 |
Технические характеристики и свойства аккумуляторной батареи
Важнейшей технической характеристикой аккумуляторной батареи
является ее емкость , которая характеризует способность батареи отдавать
электроэнергию.
Номинальная емкость (С ) аккумуляторной батареи – это количество
электричества в ампер-часах ( А.ч), которое способно отдать полностью
заряженная батарея при непрерывном 20-часовом разряде с постоянной
силой тока в амперах (А), численно равной 0,05 С при температуре 25 С до
напряжения на выводах батареи U = 10,5 В.
Емкость аккумуляторной батареи определяется как ее конструктивными
параметрами (пористостью материала электродов , их толщиной и качества
пористостью материала сепараторов и т.д.), так и эксплуатационными
факторами : плотностью заливаемого в батарею электролита, его температурой
, степенью заряженности батареи и режимом ее разряда.
При повышении плотности электролита емкость батареи повышается до
определенных пределов. Однако при чрезмерном увеличении плотности
ускоряются корразионные процессы на электродах , их разрушение, и
соответственно , снижается срок службы батареи. При чрезмерной малой
плотности электролита снижается емкость батареи , а при низкой
температуре окружающего воздуха зимой электролит может замерзнуть , и
батарея выйдет из строя. Поэтому оптимальная плотность электролита
устанавливается исходя из условий эксплуатации . При заряде батареи
плотность электролита падает, поэтому по плотности электролита определяют
состояние батареи и степень ее разряженности.
Температура электролита определяется температурой окружающего воздуха
и она несколько возрастает при заряде и разряде батареи. С понижением
температуры емкость батареи уменьшается , в связи с повышением
электрического сопротивления электролита и замедлением химических реакций
. При уменьшении температуры электролита на 1 С емкость батареи снижается
примерно на 1%. Таким образом , если номинальная емкость аккумуляторной
батареи равна , например, 60 А.ч. при 25 С, то при снижении температуры
окружающего воздуха и, соответственно, электролита до минус 25 С она станет
на 50% или вдвое меньше и составит всего 30 А.ч.
Степень заряженности аккумуляторной батареи влияет на плотность
электролита . При заряде батареи плотность электролита повышается и
увеличивается емкость батареи, достигая максимальных значений при полном
ее заряде .
Режим разряда батареи характеризуется силой разрядного тока и его
прерывностью. Чем больше разрядный ток , тем меньше емкость аккумуляторной
батареи. Например , если емкость батареи 6СТ-55 А при разряде ее током
2,75 А при температуре электролита 25 с составляет С= 55А.ч.( номинальная
емкость), то при разряде током 250 А (4,6 С ) емкость снижается более
чем в два раза и составляет 22 А .ч.( примерно 40% от С ). Емкость,
отдаваемая аккумуляторной батареи при прерывистых разрядах , значительно
превышает емкость при непрерывном разряде , что особенно важно учитывать
при стартерном режиме разряда , когда величина разрядного тока очень
высока (примерно 2-5 С ).
К важнейшим техническим характеристикам аккумуляторной батареи
относится также электродвижущая сила (ЭДС) батареи и ее напряжение.
ЭДС батареи- это разность потенциалов на ее полюсных выводах без
нагрузки ( при разомкнутой внешней цепи). Данная характеристика
взаимосвязана со степенью заряженности батареи и по ее величине так же ,
как и по плотности электролита , можно оценивать состояние батареи и
необходимость ее заряда.
Напряжение батареи - это разность потенциалов на ее полюсных
выводах в процессе заряда или разряда ( при наличии тока во внешней цепи)
. Данная характеристика используется при оценке пусковых качеств батареи .
Для оценки пусковых качеств аккумуляторной батареи применяют следующие
основные характеристики стартерного разряда , измеряемое при температуре
электролита 18 С: сила разрядного тока в А , напряжение в начале разряда в
В ( измеряется на батареях с пластмассовым корпусом на 30-й секунде
стартерного разряда), время разряда в минутах ( измеряется при разряде
тока, численно равном 3 С до снижения напряжения батареи до 6 В).
Саморазряд аккумуляторной батареи- является чрезвычайно важным ее
свойством , которое необходимо учитывать для правильной эксплуатации
батареи и продления срока ее службы . Саморазрядом называют
самопроизвольное снижение емкости аккумуляторной батареи при отключенных
от нее потребителях, т. е. при бездействии. Обычно саморазряд батареи не
превышает 1% в сутки , такой саморазряд называют естественным. При более
высоком ( более 1% в сутки) значении саморазряда, он считается ускоренным
и это свидетельствует о неисправности батареи. На скорость саморазряда
батареи оказывает влияние плотность и температура электролита ,
отсутствие примесей в электролите и доливаемой в него воде,
загрязненность аккумуляторной батареи снаружи , а также срок ее
эксплуатации. Скорость саморазряда батареи при повышении плотности
электролита и ее температуры увеличивается , причем особенно интенсивно
с увеличением срока ее службы. При отрицательных температурах саморазряд
аккумуляторных батарей резко уменьшается поэтому хранить их лучше при
низких ( до –30 С) температурах в заряженном состоянии.
Работа аккумуляторных батарей
При прохождении тока через пластины и электролит (заряд) в
аккумуляторе происходит процесс преобразования электрической энергии в
химическую , что выражается в образовании налета активной массы на
поверхности пластин. На положительной пластине образуется перекись свинца
коричневого цвета , а на отрицательной – губчатый свинец серого цвета. При
этом плотность электролита значительно увеличивается – аккумулятор
зарядился . напряжение заряженного аккумулятора составляет 2 В.
При включении в цепь аккумулятора какого- либо потребителя (
лампы) происходит обратный процесс превращения химической энергии в
электрическую, и аккумулятор постепенно разряжается. При этом активная
масса на той и другой пластинах превращается в серно- кислый свинец
(см. рис.), а плотность электролита уменьшается .После полного разряда
аккумулятор снова заряжается и работоспособность его восстанавливается.
Плотность зависит от температуры электролита , уменьшаясь,
примерно, на 0,1 г/см3 при повышении температуры на 15 С. при расчетах
плотность обычно приводят к температуре +15 С. Для предотвращения
замерзания электролита при эксплуатации аккумуляторов в зимних условиях
плотность регламентируется в зависимости от климатических условий в
соответствии с данными таблицы
|Климатические районы |Время года |Плотность электролита . |
| | |приведенная к 15 С г/см3|
| | | |
| | |Заливаемого в|После |
| | |аккумулятор |зарядки |
|Районы с резкоконтинентальным |Зима |1.29 |1,31 |
|климатом , с температурой зимой |лето |1.25 |1.27 |
|ниже 40 С | | | |
|Северные районы с температурой |Круглый год |1,27 |1,29 |
|зимой до минус 40 С | | | |
|Центральные районы с температурой|То же |1, 25 |1,27 |
|зимой до минус 30 С | | | |
|Южные районы |То же |1,23 |1,25 |
Свинцово- кислотная стартерная аккумуляторная батарея- она состоит
из следующих основных частей:
Отрицательных электродов 4 , собранных в полублок 7, положительных
электродов 3 , собранных в полублок 5, сепараторов 2, бареток 6,
связывающих в полублок параллельно включенные электроды одного знака
(плюс или минус), выводных штырей –борнов 9, аккумуляторного бака 10 с
общей крышкой 11 и заливными пробками 12.
Отрицательные и положительные электроды 8 состоят из решетки 1,
отлитой из свинцово- сурьмянистого сплава с содержанием сурьмы от 4 до
5%. Сурьма увеличивает решетки против коррозии, повышает ее твердость и
улучшает текучесть сплава при отливе решеток.
В настоящее время выпускают так называемые необслуживаемые
аккумуляторные батареи , которые отличаются от обычных меньшим содержанием
сурьмы (1,5- 2,0%) в решетках электродов. Наличие сурьмы в решетках
положительных электродов приводит в процессе эксплуатации батареи к
переносу части сурьмы на поверхность активной массы отрицательных
электродов и в электролит , что сказывается на повышении потенциала
отрицательного электрода и понижения ЭДС батареи в процессе ее срока службы
При постоянном напряжении генератора понижение ЭДС батареи приводит
к повышению зарядного тока, обильному газовыделению и повышению расхода
воды.
В необслуживаемых батареях за счет меньшего содержания сурьмы в
решетках электродов эти явления протекают более слабо, что значительно
увеличивает сроки доливки воды (не чаще одного раза в год).
Решетка выполняет роль каркаса , на котором закреплен активный
материал пластины. Вместе с тем решетка обеспечивает равномерный отвод и
подвод тока к активному материалу при разряде и заряде аккумулятора.
Активный материал приготавливается в виде пасты и вмазывается в решетку.
Благодаря пористости материала активная площадь пластины увеличивается в
Страницы: 1, 2
|