Аккумуляторные батареи

Устройство кислотных аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея предназначена для питания потребителей тока при неработающем двигателе, а также при его работе на малых оборотах. Кроме того, аккумуляторная батарея питает током электрический стартер, который при запуске двигателя потребляет большой ток. Аккумуляторная батарея, обеспечивающая получение больших разрядных токов при запуске двигателя стартером, называется стартерной; состоит она из нескольких (из трех или из шести) аккумуляторов.

Рис. 49. Кислотный аккумулятор: 1 - сосуд; 2 - кислотостойкая вставка; 3 - пластина; 4 - баретка; 5 - крышка; 6 - выводной зажим; 7 - пробка; 8 - вентиляционное отверстие; 9 - перемычка; 10 - мастика; 11 - выводной штырь; 12 - предохранительный щиток; 13 - сепаратор; 14 - ребро

Положительные и отрицательные пластины 3 (рис. 49) представляют собой решетку, отлитую из свинца с добавлением к нему для прочности 6 - 8% сурьмы. Ячейки решетки наполнены активной массой - пастой из свинцовистого порошка, замешанного на водном растворе серной кислоты. Для отрицательных пластин к пасте в качестве расширителя добавляют сажу и льняные очесы.

После просушивания пластины подвергают заводскому формированию электрическим током, в результате чего активная масса на положительных пластинах переходит в двуокись свинца (PbO₂), a на отрицательных пластинах - в губчатый свинец (Рb). Одноименные пластины соединяются между собой в полублоки при помощи бареток 4. Чтобы полностью использовать активную массу положительных пластин и предохранить крайние пластины от коробления и выкрашивания активной массы, пластин отрицательного полублока всегда на одну больше, чем положительного. Полублоки положительных и отрицательных пластин собирают в блок. Разноименные пластины в блоке отделены одна от другой сепараторами 13.

Сепараторы выполняют из дерева (сосны, ольхи, кедра), микропористого каучука (мипора) и микропористого полихлорвинила (мипласта). Кроме того, применяют комбинированные сепараторы: дерево и хлорвинил или стекловолокно; мипор, мипласт и хлор винил или стекловолокно.

Сепараторы с одной стороны имеют ребра, которые обращены к положительным пластинам для лучшего доступа электролита в поры активной массы. Над сепараторами для защиты их верхних кромок от повреждения при замере уровня или плотности электролита устанавливается предохранительный щиток 12 из перфорированного хлорвинила.

Сосуд 1 представляет собой моноблок из эбонита или из асфальтопековой массы с кислотостойкими вставками 2 в стенках. Внутри моноблок разделен перегородками на три или на шесть отделений, в которые помещаются блоки пластин. Некоторые батареи собираются в деревянном ящике. В этом случае каждый аккумулятор имеет отдельный бачок. На дне отделений моноблока или бачка сделаны ребра 14, на которые опираются блоки пластин. Между ребрами 14 скопляются частички выкрошившейся активной массы (шлам); этим предотвращается короткое замыкание разноименных пластин. Отделения моноблока (бачки) закрываются крышками 5, в которых выполнены четыре отверстия: два крайних для выводных штырей 11, заливное, закрываемое пробкой 7, и вентиляционное 8 (в батареях нового образца).

Крышки изготовляются из того же материала, что и сосуд. Отдельные аккумуляторы соединяются между собой последовательно при помощи перемычек 9. Диаметр положительного выводного зажима несколько больше диаметра отрицательного. Щели между краями крышек и стенками сосуда заливаются кислотоупорной мастикой 10.

Электролит представляет собой раствор аккумуляторной серной кислоты (H₂SО₄) в дистиллированной воде.

Напряжение аккумулятора равно в среднем 2 в; в процессе работы оно изменяется и зависит от степени заряда аккумулятора.

Для определения степени заряда батареи по напряжению пользуются нагрузочной вилкой.

Плотность электролита зависит от степени заряда аккумулятора: увеличивается при заряде и уменьшается при разряде; измеряется она ареометром. Плотность электролита устанавливают в соответствии с климатическими условиями, в которых эксплуатируются батареи (табл. 1).

Емкость - количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при его разряде до допустимого предела. Допустимым пределом разряда считается такой, при котором напряжение аккумулятора равно 1,7 е.

Таблица 1. Значение плотности электролита аккумуляторных батарей для различных климатических районов эксплуатации

Емкость измеряется в ампер-часах (а-ч).

Химические процессы при заряде и разряде аккумулятора можно представить в виде уравнения

Из уравнения видно, что активная масса положительных и отрицательных пластин при разряде переходит в сернокислый свинец (PbSО₄), на образование которого расходуется серная кислота, а вместо нее образуется вода. Следовательно, при разряде плотность электролита понижается.

При заряде химические процессы протекают в обратном направлении, т. е. восстанавливается первоначальный состав пластин (РbO₂ и Рb) и образуется кислота (H2S04), поэтому плотность электролита повышается.

Обозначение батарей. Согласно ГОСТ 959-51 аккумуляторные батареи имеют цифровую и буквенную маркировку. Например, З-СТ-70-ПД, 6-СТ-54-ЭМ, 6-СТЭ-128 и т. д. Первая цифра "3" или "6" указывает на число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее. Буквы "СТ" характеризуют назначение батареи (стартерная). Число после букв обозначает номинальную емкость батареи при 10-часовом (для батареи 6-СТЭ-128 при 20-часовом) разрядном режиме. Буквы после числа (или перед ним), обозначающего номинальную емкость батареи, характеризуют: первая - материал сосуда ("Э" - эбонитовый, "П" - пластмассовый с кислотостойкими вставками), вторая - материал сепараторов ("Д" - дерево или материал, комбинированный с деревом, "М" - мипор, мипласт или материал, комбинированный, с ними).

Обслуживание аккумуляторных батарей

При ежедневном уходе за автомобилем необходимо:

- очистить батарею от пыли и грязи, проверить крепление наконечников проводов к выводным зажимам; окислившиеся выводные зажимы и наконечники проводов очистить;

- проверить и при необходимости прочистить вентиляционные отверстия.

После 1000-километрового пробега автомобиля, но не реже чем через 10 - 15 дней зимой и через 5 - 6 дней летом необходимо:

- проверить стеклянной трубкой уровень электролита и при необходимости довести его до нормы (нормально уровень должен быть на 10 - 15 мм выше предохранительного щитка); доливать только дистиллированную воду; если уровень понизился вследствие выплескивания электролита, доливать электролит такой плотности, какова в данном элементе;

- проверить ареометром плотность электролита, при этом замерить температуру электролита и внести поправку, указанную в табл. 2; понижение плотности электролита на 0,01 соответствует разряду аккумулятора примерно на 6,25%; батарею, разряженную более чем на 25% зимой и более чем на 50% летом, отправить на зарядную станцию;

Таблица 2. Изменение плотности электролита в зависимости от его температуры

- проверить нагрузочной вилкой напряжение; напряжение полностью заряженного аккумулятора должно быть не ниже 1,8 в; понижение напряжения на 0,1 в соответствует разряду аккумулятора примерно на 25%; степень разряженности батареи определять по тому аккумулятору, в котором плотность электролита или напряжение наименьшие;

- проверить целость сосуда (отсутствие трещин и просачивая электролита).

В зимнее время при продолжительной стоянке необходимо предупреждать замерзание электролита, полностью заряжая батареи. Один раз в месяц заряжать батареи на зарядной станции.

Заряд батарей при эксплуатации

Перед зарядом необходимо:

- очистить батареи от пыли и грязи;

- определить степень разряженности батарей;

- проверить исправность батарей (при наличии короткого замыкания в аккумуляторе вольтметр показывает нуль, а при сульфатации пластин напряжение под нагрузкой падает);

- проверить уровень электролита и довести его до нормы.

Затем соединяют аккумуляторные батареи в группу, подключают их к зарядному агрегату и устанавливают определенной величины зарядный ток. Батареи в группу желательно подбирать с одинаковой емкостью и степенью разряженности.

В процессе заряда надо замерять плотность электролита, его температуру и напряжение аккумулятора. Замер производить в начале и в конце заряда (через каждый час) во всех аккумуляторах, а в процессе заряда (через час) только в тех аккумуляторах, в которых плотность электролита и напряжение самые низкие, а температура самая высокая. Если температура электролита в процессе заряда повысилась до 45°, заряд приостановить до снижения температуры; затем вновь продолжить его.

Батареи заряжают до тех пор, пока в течение 2 - 3 час плотность электролита и напряжение не будут возрастать во всех аккумуляторах; при этом во всех аккумуляторах должно наблюдаться одинаковое и обильное газовыделение.

Если в конце заряда плотность электролита в аккумуляторах окажется выше эксплуатационной, то ее необходимо откорректировать. Для этого при помощи резиновой груши отобрать часть электролита из аккумуляторов и добавить в них дистиллированную воду. Если же плотность в отдельных аккумуляторах окажется ниже, то после часового перерыва продолжить их заряд до повышения плотности.

Особенности устройства щелочных батарей

В настоящее время в качестве стартерных батарей применяются щелочные аккумуляторные батареи, обладающие по сравнению с кислотными целым рядом преимуществ: они отличаются большой механической прочностю, имеют длительный срок службы, не подвергаются разрушению при длительном хранении в разряженном виде, не боятся больших зарядных токов.

Щелочная железо-никелевая батарея ЗхЗ-СЖН-70 состоит из трех секций, в каждую из которых собирается по три аккумулятора. Таким образом, батарея состоит из девяти аккумуляторов, соединенных между собой последовательно.

Аккумулятор состоит из стального сосуда, в котором помещаются блоки пластин: положительных пластин - 12, отрицательных - 13. Пластины собраны из ламелей, заполненных активной массой. Активная масса положительных пластин - гидрат окиси никеля с графитом, а отрицательных - железный порошок. Разноименные пластины изолированы одна от другой эбонитовыми палочками и фасонными прокладками из винипласта. Электролитом служит водный раствор щелочи. В химической реакции электролит не участвует, и поэтому его плотность при заряде и разряде не меняется.

К недостаткам щелочных аккумуляторных батарей следует отнести малую величину рабочего напряжения и большие габариты и вес (общий вес всех трех секций равен 81 кг).

Сейчас ведется работа, направленная на создание щелочных стартерных железо-никелевых батарей безламельной конструкции. В безламельном аккумуляторе отрицательная пластина состоит из железной решетки, а положительная - из никелевой. В решетки впрессовывается й в них спекается активная масса.

Такая конструкция батареи дает возможность увеличить активную поверхность пластин, уменьшить габариты и вес батареи, а также улучшить ее стартерные свойства.