Аккумуляторные батареи

 

          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 аккумулятор  

После зарядки

 

Районы с резкоконтинентальным  климатом , с температурой зимой ниже 40 С 

Зима

 

лето 

1.29

 

1.25 

1,31

 

1.27

 

Северные районы с температурой зимой  до минус 40 С 

Круглый год 

1,27 

1,29

 

Центральные районы с температурой зимой до минус 30 С 

То же 

1, 25 

1,27

 

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 600-800 раз по сравнению с ее действительной площадью. Активным материалом  отрицательных электродов является  губчатый свинец  Рb, имеющий серый цвет. Активным материалом положительных  электродов является диоксид свинца РbO2 темно- коричневого цвета.

 

          Для предохранения  отрицательных  и положительных электродов от  соприкосновения (короткого замыкания) их разделяют прокладками- сепараторами. Сепаратор на стороне  обращенной к положительному электроду, имеет ребра. Это обеспечивает доступ к положительному электроду большего количества кислоты, необходимого для нормального протекания  химических реакций. Сепараторы в необслуживаемых батареях делают в виде конверта , куда вставляется положительный электрод , в этом случае в баке отсутствуют  опорные ребра и электроды  опираются на дно сосуда  что дает возможность увеличить уровень электролита до 50 мм.

 

          Для приведения в действие  аккумуляторную батарею  заливают  электролитом , представляющим собой раствор  кислоты Н2SO4 в дистилированной воде Н2О.

 

          Для приготовления электролита  применяют особый сорт  технической  серной кислоты , согласно  ГОСТ 667-73,  плотностью 1,83 г/см 3 и воды по ГОСТ 6709-72 . Содержание примесей в дистилированной воде , идущей на приготовление электролита , не должно превышать значений , указанных в ГОСТ  6709-72. Плотность электролита у полностью заряженного  аккумулятора, приведенная к 25 С, должна составлять 1,22- 1,30 г/см3 в зависимости  от температурных условий эксплуатации автомобиля. При полном  разряде аккумулятора  плотность  снижается  на 0,15 – 0,16 г/см 3 от исходной.

Аккумуляторный бак  имеет  вид общего сосуда  (моноблока), разделенного на отдельные ячейки  перегородками.  На дне каждой ячейки имеются ребра , на которые опираются положительные и отрицательные  электроды. Баки изготавливают  из эбонита, пластмассы и полипропелена.

 

Выпадающий  при работе аккумулятора шлак скапливается  в пространстве  между ребрами бака, не замыкая  электродов.

 

          Для соединения аккумуляторов  в батарею блоки   электродов  помещают  в ячейки моноблока  таким образом, чтобы отрицательный  штырь баретки  одного блока  находился  у положительного штыря  баретки соседнего  блока электродов.

 

          Электроды, опущенные в раствор  серной кислоты  в воде, приобретают  определенный  электрический потенциал  по отношению к этому раствору  и становятся, таким образом, положительными  и отрицательными электродами. Так  как значение  электрического  потенциала  различно для плюсового  и минусового электродов, через  последний  потечет электрический  ток  при их соединение проводником. При разряде аккумулятора  ток в электролите  протекает от отрицательного  электрода к положительному . На отрицательном электроде  происходит образование  сернокислого свинца  в результате соединения  губчатого свинца  электрода   с кислотным остатком   из электролита. На положительном электроде  под действием разрядного тока  активный материал  превращается  иакже в сернокислый свинец         , поглощая   из электролита  кислотный остаток и отдавая в электролит  кислород.  Кислород положительного электрода , соединяясь с водородом, оставшимся в электролите  в результате  распада серной кислоты , образует воду.

 

          При разряде аккумулятора  количество  серной кислоты в электролите  уменьшается  и плотность электролита снижается. При заряде аккумулятора  реакции проходят  в обратном порядке. В этом случае  ток от постороннего источника пойдет от положительного  электрода к отрицательному. Реакции, проходящие  при разряде и заряде  аккумулятора можно изобразить следующей химической формулой:

При заряде аккумулятора количество серной кислоты  в электролите увеличивается  и плотность электролита повышается. Свойство электролита  изменять свою плотность  при разряде и заряде  аккумулятора используется  в эксплуатации  для определения  степени заряженности  аккумуляторной батареи.

Электрические параметры  и характеристик  свинцовой аккумуляторной батареи

 

Электродвижущая сила  (ЭДС) аккумулятора является  алгебраической разностью  электродных потенциалов (см.рис)

И измеряется  как напряжение разомкнутой  цепи аккумулятора. Замер потенциала положительного и отрицательного электродов производят по отношению к электролиту  с помощью кадмиевого  электрода.

 

          ЭДС  аккумулятора зависит от  плотности и очень незначительно  от температуры  электролита. С  повышением плотности и температуры  электролита ЭДС  повышается. При  температуре 18 С и плотности d=1,28 г/см 3 аккумулятор обладает  ЭДС, равной 1,12 В.  Зависимость ЭДС  от плотности электролита  при  изменении ее  от 1,05 г/см3  выражается  формулой Е= 0,84 + d , где Е- ЭДС аккумулятора , В; d- плотность электролита  при температуре  15 С ,г/см3.

 

           По ЭДС нельзя точно судить  о степени разряженности  аккумулятора. ЭДС разряженного аккумулятора  с большей плотностью электролита  будет выше, чем ЭДС  заряженного аккумулятора , но имеющего  меньшую плотность электролита .

 

          Внутреннее сопротивление   аккумулятора  представляет  собой сумму  сопротивлений  выводных зажимов, межэлементных  соединений , электродов, электролита, сепараторов и сопротивления , возникающего  в местах соприкосновения  электродов с электролитом. Чем больше емкость аккумулятора  (число электродов), тем меньше  его внутреннее сопротивление. С понижением температуры  и по мере разряда  аккумулятора его внутреннее  сопротивление растет. Чем выше номинальное  напряжение аккумуляторной батареи , тем больше ее внутреннее сопротивление.

 

          Напряжение аккумулятора отличается  от его ЭДС  на величину падения  напряжения во внутренней цепи  аккумулятора .  Изменение  напряжения аккумуляторной  батареи при ее заряде  и разряде  показано на рисунке.

При заряде батареи от автомобильного генератора, напряжение которого постоянно , зарядный ток к концу заряда  снижается, что и служит  признаком заряженности  аккумуляторной батареи.

 

          Напряжение аккумуляторной батареи  при ее разряде стартерным  током  зависит от силы  разрядного  тока и   температуры батареи .

 

          На следующем рисунке  показаны  вольт-амперные  характеристики аккумуляторной батареи 6СТ-90 при различной температуре  электролита . если разрядный ток будет постоянным , то напряжение батареи при разряде  будет тем меньше , чем ниже ее температура .Для сохранения постоянства   напряжения при разряде  необходимо с понижением температуры  батареи снижать силу разрядного тока.

 

          Емкостью аккумулятора называют  количество  электричества, которое  аккумулятор отдает при разряде  до наименьшего  допустимого напряжения. Чем больше сила разрядного  тока , тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор, например, при определении  номинальной емкости аккумуляторной батареи разряд ведется током  до напряжения 10,5 В, температура электролита  должна быть в интервале  от 18 С до 27 С, а время разряда 20 ч. Конец срока службы батареи , согласно ГОСТ  959.0-84 , наступает, когда ее емкость  составляет 40% от С  .

 

          Емкость батареи в стартерных  режимах  определяется  при температуре 25 С и разрядом  токе 3С   . В этом случае время разряда  до напряжения  6 В (1 В на аккумулятор)  должно быть не менее 3 мин.

 

          К электрическим характеристикам  также относится   резервная  емкость – время разряда  (мин)  током (25 +0,25) до напряжения  10,5 В  на батарею ( 1,75 В на аккумулятор) при температуре  ( 27+ 5)С.  Эта  емкость, выраженная  для удобства  использования  в минутах,  позволяет  знать время , в течении которого  автомобиль  может продолжать движение , если отказал генератор , а суммарный ток  потребителей при этом равен 25 А. Для батарей емкостью  от 26 до 75 А.ч. резервная емкость  может быть подсчитана по формуле                                           , а для батарей емкостью                  

 

                        Резервная емкость составляет  (1,7-1,8)С  .

 

          Если разряд происходит  при  постоянной силе тока , то емкость  аккумуляторной батареи  определяется по формуле  С=It, где I-ток разряда,А; t-время разряда,ч .

 

          Емкость аккумуляторной батареи  зависит от ее конструкции, числа  электродов, их толщины,  материала  сепаратора , пористости активного материала  конструкции решетки  электродов и других факторов. В эксплуатации емкость батареи  зависит от силы разрядного тока, температуры, режима разряда, степени заряженности  и изношенности аккумуляторной батареи . При увеличении разрядного тока   и степени напряженности , а также с понижением  температуры емкость  аккумуляторной батареи уменьшается. При низких температурах  падение емкости  аккумуляторной батареи с повышением разрядных токов происходит особенно интенсивно.

Неисправности

 

          Срок службы аккумуляторной батареи  при правильной их эксплуатации  и своевременном уходе  за ними  составляет  4 года или 75 тыс.км. пробега  автомобиля . Однако эти сроки могут  значительно сокращаться  при нарушении правил  эксплуатации и хранения батарей.  Особенно сильно на  техническом состоянии  аккумуляторных батарей  сказываются загрязнение электролита,  работа и хранение при повышенной температуре  электролита и низком его уровне, нарушение режимов заряда, заливка электролита повышенной плотности(это особенно часто бывает , если вместо дистилированной воды  для доводки  уровня добавляют  в аккумуляторы электролит).  Перечисленные причины  вызывают такие наиболее  часто наблюдающиеся  неисправности, как коррозия  решета положительных пластин, повышенный саморазряд, короткое замыкание  разноименных пластин и сульфатация пластин. Кроме того, в процессе эксплуатации батарей  происходят  окисление полюсных штырей  и наконечников, а также растрескивание  мастики и появление  трещин в баке  и крышках , вызывающих подтекание  электролита.

 

         

 

А. Саморазряд  аккумуляторной батареи  при ее эксплуатации  и хранени возникает  в следствии образования  в активной массе пластин  местных токов. Местные токи появляются  за счет возникновения  электродвижущей силы  между  окислами активной массы  и решеткой пластин. Кроме того, при длительном  хранении  электролита  в аккумуляторе  отстаивается и плотность  электролита в нижних слоях становится больше , чем в верхних. Это приводит к появлению разности потенциалов  и возникновению уравнительных  токов на поверхности  пластин. Нормальный саморазряд  исправной батареи  составляет  1-2% в сутки.

 

         

 

Б. Причинами повышенного саморазряда  могут быть: загрязнение поверхности батарей , применение для доливки обычной (не дистилированной) воды , содержащей щелочи или соли , попадение внутрь  аккумуляторов металлических  частиц и других веществ, способствующих  образованию гальванических пар.

 

         

 

В. для устранения неисправности  следует протереть  поверхность батареи  или заменить электролит, промыв внутреннюю поверхность бака.

 

Признаками короткого замыкания  внутри аккумулятора  являются кипение электролита  и резкое падение  напряжения; чаще  оно вызывается  осыпанием активной массы  и разрушением сепараторов.  В этом и другом случаях  аккумуляторную батарею  разбирают и устраняют  неисправности, заменяя неисправные элементы.

А. Признаком сульфатации  пластин является  то, что  при заряде батареи быстро повышаются напряжение и температура электролита и происходит бурное газовыделение (кипение), а плотность электролита  незначительна.  При последующем разряде  и особенно при включении  стартера батарея  быстро разряжается из-за малой  емкости. Основные причины, вызывающие сульфатацию: разряд батареи ниже 1,7В на один аккумулятор, оголение  пластин в следствии  понижения уровня электролита, длительное хранение  батареи  без подзарядки ( особенно  разряженной ) , большая плотность  электролита , продолжительное пользование  стартером при  пуске.