Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Аккумуляторные батареи

Назначение и работа кислотно-свинцовых аккумуляторов. Условия пуска двигателя определяют тип и конструкцию аккумуляторных батарей. Режим пуска наиболее тяжелый. Автомобильные аккумуляторные батареи называют стартерными.

Требования, предъявляемые к стартерным батареям: максимальное рабочее напряжение (12 или 24 В); минимальное внутреннее сопротивление, т. е. они должны давать большой ток; малое изменение напряжения в процессе разряда; максимальное количество энергии, снимаемое с единицы массы (удельная масса); быстрое восстановление емкости в процессе заряда; большая механическая прочность, надежность и простота обслуживания, малая стоимость.

Для работы стартера в момент пуска требуется ток силой 300...500 А. Такие режимы по току могут обеспечить свинцово-кислотные батареи. Существуют и другие типы батарей, но они намного дороже или имеют худшие характеристики, например, щелочные.

Кислотно-свинцовый аккумулятор состоит из двух электродов, погруженных в 28...40%-й раствор серной кислоты. Отрицательный электрод выполнен из губчатого свинца (Рb), а положительный — из диоксида свинца (РbО2).

Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота и образуется вода, а на обоих электродах — сульфат свинца. При заряде происходит обратный процесс. И в том и другом случае меняется плотность электролита, которая может служить точным показателем степени заряженности аккумулятора. Каждый такой гальванический элемент может иметь напряжение до 2,2 В. Одновременно с основной реакцией могут протекать и побочные, например, при заряде аккумулятора электролиз воды, во время которого происходит выделение газов — кислорода и водорода. Эта реакция приводит к «выкипанию» электролита.

Устройство аккумуляторных батарей. Аккумуляторы соединяют в батареи последовательно, что обеспечивает общее напряжение 6 В (три аккумулятора), 12 В (шесть аккумуляторов). Каждый из них помещен в отделениях одного моноблока, изготовленного из эбонита, термопласта (наполненного полиэтилена), полипропилена и полистирола. Эти материалы обеспечивают кислото-, морозо-, теплостойкость и высокую механическую прочность. Положительные и отрицательные электроды в блоке выполнены в виде профилированных решеток из свинцовых сплавов, в которые вмазана активная масса. Толщина электрода может быть в пределах 1,5...2 мм для батарей, устанавливаемых на легковых автомобилях, и 2,4...2,6 мм — на тяжелых грузовиках. Стартерные характеристики батарей лучше при малой толщине электродов. Электроды имеют форму, близкую к квадрату, шириной 143 мм и высотой 119 или 133,5 мм. Электроды объединены в полублоки мостиками. Число электродов в полублоке, соединенных параллельно, определяет емкость аккумулятора. Число отрицательных пластин обычно на одну больше, так как положительный электрод активнее участвует в химических реакциях. Такое их расположение обеспечивает меньшую деформацию. Между электродами установлены сепараторы из кислотостойкого пористого материала: мипора, мипласта и поровинила. От качества сепараторов во многом зависят эксплуатационные свойства батарей. Так, мощность батареи с поровиниловыми сепараторами на 10... 15 % больше. Полублоки пластин опираются на ребра дна моноблока, выполненные в виде призм. Пространство между донными призмами служит для накапливания осыпающихся частиц с электродов (шлама), что предотвращает между ними короткое замыкание.

Над блоком устанавливают предохранительный щиток. Сверху отсеки моноблока закрывают крышкой, которую приваривают или приклеивают к нему. В крышке имеются отверстия под штыри и пробки для вентиляции и заливки электролита. Их конструкция предотвращает выплескивание электролита при наклоне батареи на угол до 45°. От верхней кромки электродов до крышки выдерживают расстояние до 20 мм, необходимое для компенсации уровня электролита при эксплуатации и зарядке, когда происходит сильное газовыделение — «кипение» электролита.

Аккумуляторы в батарее последовательно соединяют перемычками, что повышает общее напряжение батареи. В современных батареях перемычки выполнены под крышками.

Обычные аккумуляторы требуют тщательного ухода. По нормам техническое обслуживание их должно проводиться через 2500 км пробега, иначе возникают ускоренная коррозия решетки положительного электрода, снижение уровня электролита, саморазряд и др. Это вызвано повышенным электролизом воды, чему способствует введение в материал решеток 4,5...6 % сурьмы.

Заводы выпускают «необслуживаемые» или «малообслуживаемые» батареи, в которых решетки положительных пластин изготовлены из свинца с содержанием 1,5 % сурьмы и 1,5 % кадмия, а решетки отрицательных — из свинцово-кальциевого сплава, удельное сопротивление которых меньше. Кроме того, положительные электроды помещены в сепаратор-конверт, блок электродов опирается непосредственно на дно моноблока, что позволило увеличить площадь пластин и объем электролита, уменьшена толщина электродов, благодаря чему увеличено их число, аккумуляторы соединены через перегородки моноблоков.

«Необслуживаемые» аккумуляторные батареи имеют лучшие пусковые качества, увеличенный срок службы, лучшие зарядные характеристики, меньший саморазряд. В них не надо доливать воду во время эксплуатации. Они не имеют заливных горловин и снабжены индикатором заряженности, цвет которого изменяется при разряде ниже заданного уровня.

Маркировка батарей. Первая цифра 3 или 6 характеризует число аккумуляторов и соответственно напряжение батареи 6 или 12 В. Буквы СТ означают стартерная, ТСТ — тракторная стартерная, следующая цифра — номинальная емкость в ампер-часах (Ач) при 20-часовом режиме разряда. Последующие буквы: материал моноблока (Э - эбонит, Т - термопласт, П - полиэтилен), материал сепараторов (М - мипласт, Р - мипор, П - пластипор, С - стекловолокно) и исполнение (Н - несухозаряженная, А - с общей крышкой). Например, марка 6СТ-55ЭМ означает, что батарея стартерная напряжением 12В и емкостью 55А-ч, моноблок выполнен из эбонита, сепараторы — из мипласта, исполнение — сухозаряженная.

Основные показатели аккумуляторных батарей. Один из основных показателей батареи — электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС батареи зависит от активности электролита, которая определяется его концентрацией, т.е. плотностью р. Так как плотность меняется в процессе разряда и заряда, то меняется и ЭДС. При плотности 1,3 г/см3 и температуре 25 °С величина Е=2,154 В.

Практически можно считать, что ЭДС не зависит от размера и числа электродов и температуры, а потому не может быть критерием степени заряженности, так как при разряде батареи на 50 % ЭДС изменяется на 4 %.

Более важным показателем считают напряжение U= Е- IR, где I - ток разрядки; R - внутреннее сопротивление батареи.

Аккумулятор, как и любой источник тока, имеет внутреннее сопротивление R, которое противодействует прохождению через него зарядного и разрядного токов: R = Rо + Rп, где Rо - омическое сопротивление электролита, электродов и других токопроводящих элементов; Rп - сопротивление поляризации.

Омическое сопротивление заряженного аккумулятора составляет тысячные доли Ома. По мере разряда сопротивление растет, так как меняется состав активной массы, уменьшается плотность электролита. На это сопротивление существенно влияет и температура электролита: с уменьшением температуры оно растет. Сопротивление поляризации обусловлено изменением плотности электролита у поверхности пластин и в их порах. При разряде плотность уменьшается, вследствие чего ЭДС снижается на величину, называемую ЭДС поляризации, и, наоборот, при заряде плотность растет, вызывая увеличение ЭДС поляризации. Это падение или рост ЭДС условно выражают через сопротивление поляризации: Еп = Rп·I.

Следующий важный параметр батареи — ее разрядная емкость Ср, представляющая собой количество электричества, которое аккумулятор может отдать в сеть при полном разряде от начального напряжения U0 до конечного Uк за время t. Обычно разрядную емкость определяют при постоянном токе. Тогда Ср= Ip·tp. На практике емкость измеряют в ампер-часах (А·ч). Номинальная разрядная емкость батареи С20 определяется 20-часовым режимом разряда током, равным 0,05 от величины этой емкости, т. е. Iр = 0,05·С20.

Емкость зависит от толщины и пористости пластин. Емкость батареи снижается с ростом разрядного тока. На емкость существенно влияет температура. При низких температурах увеличивается вязкость электролита. Поступление электролита в поры замедляется, сопротивление его увеличивается.

Критерием заряженности батареи может служить плотность электролита. При снижении заряженности от 100% до 0 плотность уменьшается по линейному закону на 0,16 г/см3.

Характеристики аккумуляторной батареи делят на разрядные, зарядные и зарядно-разрядные. Разрядные характеристики снимают при двух режимах: осветительном (ток разряда до 0,05С20) и стартерном (ток разряда 1,5...7С20).

Разрядной характеристикой называется зависимость изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения аккумулятора при постоянной силе разрядного тока. В начале разряда напряжение резко падает за счет внутреннего омического сопротивления и появления затем ЭДС поляризации. Это происходит в течение нескольких десятков секунд. Затем напряжение медленно снижается вследствие уменьшения ЭДС из-за снижения плотности электролита. Данный период составляет 80...90 % общего времени разряда. К концу разряда активные вещества на поверхности пластин переходят в сульфат свинца, сопротивление которого на три порядка больше, чем губчатого свинца. Это вызывает повышение омического сопротивления. Кроме того, ухудшается проникание электролита внутрь пластин, вследствие чего повышается сопротивление поляризации. Все это вызывает снижение напряжения. При дальнейшем разряде реакции сульфатации становятся необратимыми: глубокий разряд приводит к выходу из строя электродов. Поэтому разряд прекращают при напряжении 1,75 В. При прекращении разряда напряжение скачкообразно повышается на величину, равную омическим потерям, а затем плавно стабилизируется из-за выравнивания плотности электролита у поверхности пластин и в общем объеме.

Зарядной характеристикой аккумулятора называется зависимость изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения при постоянной силе зарядного тока. Ток заряда обычно равен 0,1 его номинальной емкости. Напряжение зарядного устройства должно быть на несколько вольт больше ЭДС аккумулятора.

Если течение 2...3 ч напряжение и плотность не меняются, то это служит признаком конца заряда. После восстановления исходных реагентов электрохимические процессы прекращаются. Батарея «перестает принимать» заряд.

После отключения зарядного устройства напряжение резко падает на величину омического сопротивления. Общая плотность выравнивается, что приводит к стабилизации напряжения до величины ЭДС.

Саморазряд. Аккумулятор, отсоединенный от цепи, постепенно саморазряжается. Нормальный саморазряд у батарей (кроме «необслуживаемых») должен быть не более 10 % за 14 суток при температуре 20 °С, у «необслуживаемых» — 10 % за 90 суток. Это явление вызвано присутствием в решетке пластин других материалов помимо свинца. Они со свинцом образуют гальванический элемент, который постепенно разряжает аккумулятор. Данному явлению способствуют также разная плотность электролита в верхней и нижней части объема банок батарей, различные примеси в металлах и электролите.

Повышенный саморазряд может быть вызван наличием на внешней поверхности банок батарей пленки электролита, выплеснувшегося из банки при «кипении», а также применением нечистых дистиллированной воды или электролита. На саморазряд особенно влияют примеси меди и железа, а также температура. При ее понижении он уменьшается, а при отрицательных температурах может вообще прекратиться.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:895

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.