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- месячная  температура воздуха в январе) 

Время года 

Плотность электролита , приведенная  к 25  С г/см3

 

Заливаемого в батарею 

После полного раряда

 

Очень холодный (-50-30 С) 

Зима

 

лето 

1,28

 

1,24 

1,30

 

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.