СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Коврижников Александр Юрьевич

преподаватель спецдисциплин ГОУ СПО Кемеровского

профессионально-технического техникума

На автомобилях в большинстве случаев применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Аккумуляторные батареи служат для питания всех потребителей электрической энергии (система зажигания, пуска, освещение, сигнализация и т.д.) автомобиля, а так же для питания потребителей совместно с генератором, когда потребляемая ими сила тока превышает максимальную для генератора величину.

Свое название аккумулятор получил от латинского слова «accumulator», что обозначает собиратель, то есть вначале он накапливает энергию, с целью ее дальнейшего применения.

Электрический аккумулятор - это химический источник электрического тока, основная специфика которого заключаются в способности на обратимость внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для электротехнических устройств и оборудования.

Основной задачей аккумуляторной является накопление электрической энергии при заряде и отдача ее при разряде.

Применение свинцово-кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток силой в несколько сотен ампер, что необходимо для питания стартера при пуске двигателя.

Аккумуляторные батареи при малых габаритах должны обладать большой емкостью, малым сопротивлением, малым саморазрядом, большим сроком службы и быть прочными, надежными в эксплуатации.

Прототип свинцово-кислотной батареи был построен французским физиком Гастоном Планте в 1859г. Это была емкость с электролитом в виде 10% раствора серной кислоты и электродами из листового свинца. Сепаратором служило полотно.

Аккумуляторные батареи на автомобилях стали применяться с применением в двигателях внутреннего сгорания электрической искры. Это произошло в 1860г., когда Ленуар Этьен изобрел первый двигатель внутреннего сгорания.

Маркировка аккумуляторных батарей.

1. Число последовательно соединенных аккумуляторов.

2. Буквы характеризующие аккумуляторной батареи по функциональной принадлежности.

3. Число указывающее номинальную емкость аккумуляторных батареи в ампер-часах.

4. Буквы, которые содержат дополнительную информацию об исполнении батареи и материалах применяемых для ее изготовления:

«А» - с общей крышкой,

«З» - залитая и заряженная (если «З» нет значит сухозаряженная),

«Э» - корпус моноблок из эбонита,

«Т» - моноблок из термопластичной пластмассы,

«М» - сепаратор типа мипласт из поливинилхлорида,

«П» - сепаратор конверт из полиэтилена,

«Н» - не сухозаряженный.

Например, аккумуляторная батарея 6СТ-60ЭМ-Н. Это стартерная батарея, состоящая из шести последовательно соединенных аккумуляторов напряжением 12В, емкостью 60 ампер-часов (при двадцати часовой разрядке), с моноблоком из эбонита, сепаратор из мипласта и не сухозаряженная.

Устройство аккумуляторной батареи

Свинцовая аккумуляторная батарея состоит из емкости, представляющая из себя моноблок, изготовленной из эбонита, полиэтилена или асфальтопековой пластмассы. Моноблок разделен перегородками на отдельные секции, число которых равно числу аккумуляторов в аккумуляторной батарее. На дне каждой секции выполнены четыре ребра, на которые опирается каждая положительная и отрицательная пластины. Для предотвращения замыкания ножки положительных и отрицательных пластин опираются на разные ребра. Ребра предназначены для того, чтобы при осыпании активной массы не произошло замыкание разноименных пластин.

В каждой секции установлено несколько положительных и отрицательных пластин (количество и площадь пластин зависит от емкости аккумулятора). Выступы пластин одной полярности приварены к общей перемычке, образуя полублок. Во избежание коробления каждую положительную пластину помещают между отрицательными (поэтому положительных пластин на одну меньше). Полублоки разной полярности собираются в блок, а для предотвращения замыкания разноименных пластин между ними устанавливаются сепараторы. Над сепараторами в каждом аккумуляторе устанавливают тонкий перфорированный щиток из хлорвинила или другого кислотостойкого материала для защиты кромок сепараторов от механических повреждений при измерении плотности электролита. Штыри полублоков разной полярности, расположенные в соседних емкостях моноблока, соединены перемычками, что обеспечивает последовательное включение аккумуляторов. Один из штырей каждого из крайних аккумуляторов имеет полюсный наконечник, к которому присоединяется провод внешней сети. В зависимости от полярности выводы обозначаются знаками «+» и «-» Плюсовой вывод имеет больший размер. Сверху каждая секция закрывается крышкой (крышка может быть выполнена, как одно целое с моноблоком аккумулятора). Для каждого аккумулятора должно быть два отверстия (для заливания электролита и сообщения с атмосферой). Как правило отверстия для сообщения аккумулятора с атмосферой располагаются в пробках, закрывающих отверстия для залива электролита. В каждый аккумулятор заливается электролит (раствор серной кислоты и дистиллированной воды). Уровень электролита в аккумуляторе должен быть на 10-15 мм выше кромки пластин.

Решетки пластин отливают из антикоррозионного сплава, содержащего 92-93% свинца и 7-8% сурьмы. В сплав для решеток положительных пластин, кроме сурьмы , добавляют 0,1-0,2% мышьяка. Сурьму и мышьяк добавляют для увеличения механической прочности, уменьшения коррозии решетки и улучшения литейных свойств сплава. Для увеличения емкости аккумуляторов в ячейки решеток вмазывают активную массу, изготовленную из свинцового порошка и раствора серной кислоты. Активная масса обладает большой пористостью, поэтому площадь рабочей поверхности, соприкасающейся с электролитом, увеличивается, и в результате возрастает емкость аккумулятора. После заполнения ячеек решетки активной массой пластины просушивают, а затем подвергают формированию, то есть нескольким последовательным циклам зарядка-разрядка. На некоторых аккумуляторах для увеличения срока службы положительных пластин активную массу упрочняют добавками из полипропиленового волокна. В активную массу отрицательных пластин добавляют до 2% расширителей (сернистый барий), предотвращающий усадку и быстрое затвердение активной массы.

Сепараторы изготавливают из кислотостойких материалов - микропористой пластмассы (мипласта), микропористого эбонита (мипора), стекловолокна и др. Одна сторона сепараторов, изготовленных из мипора или мипласта, имеет ребра жесткости, которые обращены к положительным пластинам. При такой установке сепараторов обеспечивается лучший доступ электролита в поры активной массы положительных пластин. При установке двойных сепараторов к положительным пластинам ставят сепаратор из стекловолокна, для уменьшения оползания активной массы и следовательно увеличения срока службы аккумулятора. Однако сепаратор из стекловолокна снижает диффузию электролита в пластины, что является причиной снижения напряжения и емкости аккумулятора, особенно при понижении температуры.

Принцип работы аккумуляторной батареи

В заряженном аккумуляторе активная масса положительных пластин состоит из перекиси свинца PbO2 темно коричневого цвета, а активная масса отрицательных пластин из губчатого свинца Pb серого цвета. Плотность электролита 1,25-1,31г/куб. см., в зависимости от времени года и района эксплуатации.

При подключении потребителя в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы серно-кислотного остатка соединяются со свинцом электродов, а ионы водорода с кислородом , выделяясь на положительных пластинах в виде воды. Активная масса отрицательных пластин преобразуется из губчатого свинца Pb в сернистый свинец PbSO4, цвет пластин меняется на светло-серый. Активная масса положительных пластин преобразуется из перекиси свинца PbO2 в сернистый свинец PbSO4, цвет пластин становится более светлым. Сернистый свинец PbSO4 принято называть сульфатом свинца. В связи с образованием воды плотность электролита понижается. Для зарядки аккумулятора используется генератор автомобиля или внешний источник электрической энергии. При прохождении электрического тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с сернистым свинцом электродов. Водород соединяется с сернистым остатком SO4, образует серную кислоту, а на отрицательных электродах восстанавливается свинец. Выделяющийся кислород, соединяется со свинцом положительных пластин, образуя перекись свинца PbO2. Содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, соответственно плотность электролита повышается. Когда прекращается восстановление свинца на электродах, процесс зарядки аккумуляторов заканчивается. При дальнейшем прохождении электрического тока начинается процесс электролиза (распада) воды, образуется смесь газов кислорода и водорода. Электролиз еще называют «кипением» аккумулятора, а при засорении вентиляционных отверстий аккумулятор взрывается.

Основные характеристики аккумуляторных батарей

Среднее значение напряжения аккумулятора составляет 2В. Поэтому, что бы напряжение в цепях электрооборудования автомобиля (12 или 24В) соответствовало напряжению аккумуляторной батареи, необходимо последовательно соединить 6 или 12 аккумуляторов. В настоящее время выпускают, как правило аккумуляторные батареи напряжением 12В. Для получения напряжения 24В., две аккумуляторных батареи соединяются последовательно. Встречаются аккумуляторные батареи напряжением 6В. Они так же соединяются последовательно по два, для создания напряжения 12В. И по четыре, когда напряжение в электрической цепи автомобиля 24В.

Важным параметром аккумуляторов является его емкость. Емкость - это произведение силы разрядного тока на продолжительность разрядки. Емкость аккумулятора не является, она зависит от силы разрядного тока и температуры электролита. При увеличении силы разрядного тока, происходит неполное протекание химических процессов разрядки, в следствии сокращения времени разрядки, поэтому емкость уменьшается. При понижении температуры, вязкость электролита увеличивается, протекание электрохимической реакции замедляется, соответственно емкость аккумулятора становится меньше.