Электрооборудование автомобилей

Материалы » Электрооборудование автомобилей

Аккумуляторные батареи на автомобилях, тракторах предназначены для питания электроэнергией стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания и других потребителей, когда генератор не работает или не развивает достаточной мощности.

Разрядные токи аккумуляторных батарей при пуске двигателя стартером составляют 100...1000 А в зависимости от мощности стартера и температуры пуска. С понижением температуры пуска и увеличением мощности стартера, потребляемые стартером токи увеличиваются. Поэтому на автомобилях и тракторах в настоящее время применяются стартерные аккумуляторные батареи, способные отдавать токи большой силы при пуске двигателя стартером вследствие малого внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи.

Свинцовый аккумулятор представляет собой обратимый электрический источник тока, в котором при разряде его химическая энергия активных масс превращается в электрическую энергию, и при заряде химическая энергия восстанавливается путем подвода энергии от внешнего источника (например, генератора). Окислительно-восстановительные электрохимические реакции повторяются многократно в процессе срока службы свинцового аккумулятора.

Активными массами заряженного свинцового аккумулятора вступающими в процесс токообразования, являются двуокись свинца (темно-коричневого цвета) на положительной пластине, губчатый свинец Рb (темно-серого цвета) на отрицательной пластине и электролит-водный раствор серной кислоты, в который помещены пластины.

В процессе разряда свинцового аккумулятора активные массы положительной и отрицательной пластин преобразуются в сернокислый свинец PbSO4. В электролите, при разряде расходуются ионы сульфата SO4, плотность электролита уменьшается от начальных значений (1,25... 1,31)∙103 кг/м3, до конечных (1,09... 1,15)∙103 кг/м3. Расход серной кислоты в процессе разряда больше около положительной пластины.

В процессе заряда под влиянием тока от внешнего источника электроэнергии на пластинах происходят обратные процессы восстановления активных масс: сульфат свинца PbSO4 на положительной пластине преобразуется в двуокись свинца РbО2, а на отрицательной пластине – в губчатый свинец Рb. Плотность электролита при этом повышается от (1,09... 1,15)∙103 кг/м2 до (1,25... 1,31)∙103 кг/м3 из - за освобождения ионов сульфата SO4- при разложении сульфата свинца PbSO4.

После полного преобразования активных масс положительной и отрицательной пластин плотность электролита перестает повышаться, что служит признаком конца заряда аккумулятора. При дальнейшем заряде (переразряде) происходит разложение воды на кислород и водород, характеризующееся появлением на поверхности электролита газовых пузырьков, так называемое «кипение» электролита.

Окислительно-восстановительные реакции, происходящие в свинцовом аккумуляторе при разряде и заряде, согласно теории двойной сульфатации могут быть упрощенно представлены в виде следующего уравнения:

РbО2 + Рb + 2Н2SO4 = PbSO4 + 2H2О

При чтении слева направо уравнение, описывает процесс разряда, а справа налево процесс заряда.

Окислительно-восстановительные реакции происходят на границе раздела активных веществ пластин и электролита. Для увеличения граничной поверхности и облегчения доступа электролита пластины свинцового аккумулятора выполняются пористыми. При наличии пор электролит превышает примерно в 2000 раз видимую поверхность пластин, но при пористых пластинах плотность электролита в пространстве между пластинами отличается от плотности его в глубине пор, особенно при стартерном разряде аккумулятора, в результате чего ухудшается протекание электрохимических процессов в аккумуляторе.

Основными электрическими характеристиками стартерных свинцовых аккумуляторных батарей являются электродвижущая сила, напряжение и ёмкость.

Электродвижущей силой аккумулятора называется разность потенциалов положительной и отрицательной пластин при разомкнутой внешней цепи. ЭДС полностью заряженного свинцового аккумулятора составляет около 2,1 В. ЭДС аккумуляторной батареи, состоящей из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов, равна сумме ЭДС аккумуляторов.

Напряжение аккумуляторной батареи при разряде меньше её ЭДС на величину внутреннего падения напряжения, обусловленного в основном сопротивлением пластин, электролита, сепараторов и других токоведущих деталей.

Ёмкостью аккумулятора называется количество электричества выраженное в ампер - часах, получаемое от аккумулятора при разряде его до допустимого напряжения. При последовательном соединении аккумуляторов одинаковой емкости емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора.

Емкость аккумулятора зависит от количества активных веществ и коэффициента их использования, а также от величины разрядного тока, температуры разряда, конструкции пластин, их пористости и т. д.

Теоретически необходимое количество активных веществ на один ампер-час емкости составляет 4,46 г двуокиси свинца РbО2, 3,87 г губчатого свинца Рb и 3,66 г серной кислоты H2SO4. В действительности из-за недоиспользования активных веществ в аккумуляторе расход их превышает более чем в 2 раза приведенные теоретические значения. При одинаковой конструкции и размерах пластин емкость аккумулятора пропорциональна числу пластин.

С повышением тока разряда и понижением температуры емкость аккумулятора уменьшается (особенно резко при стартерном разряде и температуре электролита ниже 0°С).

Так как мощность аккумулятора зависит от многих факторов, то в технических характеристиках стартерных свинцовых аккумуляторных батарей указывается номинальная емкость при 20-часовом режиме разряда и продолжительность стартерного разряда.

Номинальная емкость - это количество электричества, выраженное в ампер-часах, получаемое при непрерывном разряде полностью заряженной батареи при температуре +25 °С током 0,05 С20 (С20 - номинальная емкость, указанная в условном обозначении батареи) до достижения конечного напряжения на полюсных выводах 5,25 В у 6-вольтовой батареи и 10,5 В у 12-вольтовой батареи.

Свинцовая стартерная аккумуляторная батарея номинальным напряжением 6 или 12 В представляет собой совокупность последовательно соединенных трех или шести аккумуляторов, размещенных в едином баке - моноблоке. При номинальном напряжении 24 В используются две 12-вольтовые аккумуляторные батареи, соединенные последовательно.

Свинцовые стартерные аккумуляторные батареи состоят из следующих деталей и узлов:

• моноблока;

• крышек и общей крышки;

• полублоков положительных пластин;

• полублоков отрицательных пластин;

• сепараторов;

• перемычек;

• пробок;

• полюсных выводов.

Моноблок 1 (рис. 1.1 и рис. 1.2) представляют собой сосуд с внутренними перегородками, делящими его на ячейки по числу аккумуляторов. На дне ячеек моноблока имеются 4 призмы, на которые опираются пластины и сепараторы. Пространство между призмами служит для предотвращения замыкания разноименных пластин шламом - оплывающей в процессе работы активной массы пластин. Моноблоки перспективных батарей (рис. 1.2) имеют выступы на нижней части для крепления аккумуляторной батареи на автомобиле.

Материалами для изготовления моноблоков являются эбонит и термопластичные материалы (полипропилен, полиэтилен, поликарбонат). Применение пластмасс благодаря их низкому удельному весу, жесткости, твердости и износостойкости позволило снизить толщину стенок и перегородок моноблока, что улучшает массо-габаритные характеристики аккумуляторных батарей.

Каждая ячейка моноблока закрывается сверху крышкой 5 с двумя отверстиями со свинцовыми втулками и заливочной горловиной и пробкой 3 (рис. 1.1). Герметизация батареи осуществляется при этом с помощью битумной мастики, заполняющей стыки крышек и моноблока. Данный способ герметизации затрудняет механизацию технологического процесса сборки батареи и недостаточно надёжен при резких температурах.

При применении общей крышки 5 на моноблоке (рис. 1.1) герметизация батареи осуществляется контактно - тепловой сваркой или склеиванием моноблока с крышкой, что более технологично, но батарея при заданном, способе является неремонтноспособной. Использование общей крышки позволяет также облегчить техническое обслуживание батареи.

Крышки изготовляются из эбонита или термопластичных материалов.

Заливочные горловины крышек закрываются резьбовыми пробками 3 (рис. 1.1), имеющими вентиляционные отверстия для выхода газов из аккумулятора. Для предотвращения выплескивания электролита в пробке установлен отражатель, а на корпус пробки надевается резиновая шайба, обеспечивающая плотное прилегание пробки 3 к крышке 5.

В новых конструкциях аккумуляторных батарей применяются безрезьбовые пробки 3, прижимающиеся к крышке с помощью планки 11 (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Свинцовая стартерная аккумуляторная батарея: 1 - моноблок; 2 - полублок отрицательных пластин; 3 - пробка; 4 - перемычка; 5 - крышка; б - полюсный вывод; 7 - сепаратор; 8 - борн; 9 - мостик; 10 - полублок положительных пластин.

Пробки изготавливаются из эбонита или полиэтилена. В каждой ячейке моноблока размещен блок пластин, состоящий из полублока положительных пластин 10 и полублока отрицательных пластин 2, разделенных сепараторами 7. Полублок пластин состоит из пластин одной полярности, соединенных мостиком 9 с определенными зазорами между пластинами. К мостику 9 приварен борн 8, служащий наружным токоотводом. Борн 8 проходит через отверстие со свинцовой втулкой в крышке 5 (рис. 1.1).

Мостики и борны изготавливаются из свинца, для уменьшения сопротивления борны иногда имеют залитые в корпус медные стержни.

Пластина каждой полярности состоит из активной массы и решетки, которая служит токоотводом и удерживает основную активную массу. В верхней части решетка имеет токоотводящее ушко, а в нижней - две ножки, которыми пластина опирается на соответствующие призмы моноблока. Решетки пластин изготовляются из свинцово-сурьмистого или свинцово кальциевого сплава.

Полублок отрицательных пластин, как правило, содержит большее на единицу количество пластин по сравнению с полублоком положительных пластин для более равномерного износа и уменьшения коробления положительных пластин. Отрицательные пластины имеют меньшую толщину по сравнению с положительными. Крайние к стенкам ячейки отрицательные пластины выполняются чаще всего тоньше остальных, так как в реакциях участвуют только стороны пластин, обращенные к положительным пластинам.

Сепараторы 7 (рис. 1), расположенные между пластинами, служат для предотвращения замыкания пластин разной полярности и представляют собой тонкие листы из пористого кислотостойкого материала: микропористой резины (мипор) или микропористой пластмассы (мипласт, поровинил, винипор). Сепараторы имеют продольные ребра со стороны, обращенной к положительным пластинам, для улучшения доступа электролита к ним. Иногда к основному сепаратору из мипора или мипласта добавляют сепаратор из стекловолокна, пропитанного связующим компаундом, устанавливаемый со стороны положительной пластины. Установка дополнительною сепаратора уменьшает количество активной массы положительных пластин, являющейся одной из причин выхода из строя свинцовых аккумуляторных батарей.

В перспективной конструкции свинцовой аккумуляторной батареи сепаратор 7 изготовлен в виде конверта, внутрь которого вставляется положительная пластина (рис. 1.2). Активная масса положительной пластины, сплывая при эксплуатации батареи, остается внутри конверта, тем самым устраняется возможность короткого замыкания разноименных пластин. При данной конструкции возможно уменьшение шламового пространства на дне моноблока, что увеличивает уровень электролита над пластинами и уменьшает необходимость доливки дистиллированной воды в аккумуляторы.

Сверху над сепараторами устанавливается пластмассовый перфорированный предохранительный щиток для защиты верхних кромок сепараторов от механических повреждений при техническом обслуживании.

Соединение аккумуляторов в батарее осуществляется перемычками 4, которые помещаются на верхней части крышек 5 и свариваются с проходящими сквозь отверстия в крышках борнами 8 (рис. 1.1). В перемычки иногда вставляют медные планки для уменьшения их сопротивления.

В перспективной конструкции свинцовой аккумуляторной батареи (рис. 1.2) соединение полублоков пластин аккумуляторов осуществляется путем сварки укороченных борнов, проходящих через отверстие в перегородке моноблока. Применение укороченных перемычек 4 позволяет сократить расход свинца, из которого изготавливаются перемычки и борны, а также снизить внутренне сопротивление батареи, что особенно важно для стартерного разряда.

К борнам крайних аккумуляторов ля подключения аккумуляторной батареи в цепь привариваются конусные полюсные выводы 6, имеющие маркировку «+» или «-» на выводах или на крышке около полюсных выводов.

Каждый тип стартерной аккумуляторной батареи имеет условное обозначение, которое наносится на моноблоке, крышке или перемычке.

В условном обозначении батареи первая цифра определяет количество последовательно соединённых аккумуляторов (3 или 6), характеризующее ее номинальное напряжение (6 или 12 В). Последующие в обозначении буквы - СТ указывают назначение батареи - стартерная.

Далее в обозначении батареи приведена номинальная ёмкость батареи при 20 - часовом режиме разряда.

После обозначения номинальной емкости ставятся буквы, характеризующие материал моноблока (Э - эбонит, Т - термопластмасса: полиэтилен, полипропилен и т. д.), затем - материал сепараторов (М - мипласт, Р - мипор, МС - мипласт со стекловолокном, PC - мипор со стекловолокном).

Для отдельных батарей, выпускаемым по специальным техническим условиям или опытных, условное обозначение может включать некоторые другие показатели (например, ток стартерного разряда), а также дополнительные буквы в обозначении, определяющие конструктивные особенности батарей.

Рис. 1.2. Перспективная свинцовая стартерная аккумуляторная батарея: 1 - моноблок; 2 - полублок отрицательных пластин; 3 - пробка; 4 - перемычка; 5 - крышка; 6 - полюсный вывод; 7 - сепаратор; 8 - борн; 9 - мостик; 10 - полублок положительных пластин.

Учебные плакаты, стенды с разрезами аккумуляторов, отдельные узлы и детали стартерных свинцовых аккумуляторных батарей

Инструмент мерительный (линейка, штангенциркуль)

Порядок проведения работы

Изучить принцип работы и химические реакции: в свинцовом аккумуляторе при разряде и заряде, ознакомиться с основными

Изучить устройство свинцовой стартерной аккумуляторной батареи, отмечая при этом конструктивные особенности стартерных батарей.

Выполнить эскизы моноблока, пластин, сепараторов, крышки, пробки, перемычки и полюсных выводов.

Измерить и обозначить на эскизах длину, ширину и толщину положительных и отрицательных пластин, сепараторов. Дать заключение о соотношении размеров пластин и сепараторов.

Измерить и обозначить на эскизах размеры полюсных выводов.

Зарисовать схему соединения аккумуляторов в изучаемой аккумуляторной батарее. Указать другие возможные схемы соединения аккумуляторов в батареях для получения необходимого номинального напряжения или необходимой емкости.

Определить количество положительных и отрицательных пластин в полублоках изучаемого аккумулятора. Разобраться в причине использования большого количества отрицательных пластин.

Рассчитать долю номинальной емкости батареи. Приходящуюся на одну положительную пластину в аккумуляторе.

Ознакомиться с условными обозначениями свинцовых стартерных аккумуляторных батарей. По условному обозначению изучаемой аккумуляторной батареи определить назначение и основные технические характеристики батареи.

Разделы

Copyright © 2017 - All Rights Reserved - www.transportbasis.ru