Вопрос43 акумуляторні батареї (АКБ)
Акумулятор - хімічне джерело струму, в якому енергія хімічної реакції багаторазово перетворюється в електричну і навпаки. Таким чином, акумулятор, маючи можливість перетворювати хімічну енергію в електричну, здатний запасати її і зберігати протягом тривалого часу. Заряджаючись, акумулятор накопичує електричну енергію, разряжаясь, віддає її споживачеві. Стандартна сучасна 12-вольта автомобільна акумуляторна батарея виконана з шести послідовно з'єднаних між собою блоків разноименно заряджених пластин, кожен з яких і є простим акумулятор з вихідною напругою близько 2 вольт. Позитивно заряджена пластина (електрод) являє собою свинцеву решітку з активною масою з двоокису свинцю (PbO2), а електрод зі знаком мінус - грати з активною масою з губчатого свинцю (Pb). Напівблоки разноименно заряджених пластин вставляються один в одного. Щоб уникнути виникнення короткого замикання між пластинами, їх розділяють пористими сепараторами з ізоляційного матеріалу. Зібрані блоки поміщаються в корпус і заливаються електролітом (розчином сірчаної кислоти щільністю 1.27-1.29 г / см3). Полюса (баретки) крайніх елементів з'єднуються з розташованими зовні корпусу контактними висновками - Борн. Якщо до акумулятора підключити навантаження, то свинцеві пластини з активною масою, електроліт і навантаження утворюють замкнену ланцюг. Усередині акумулятора починається хімічна реакція, в результаті якої активна маса обох електродів почне міняти початковий склад, перетворюючись з губчатого свинцю і його двоокису в сірчанокислий свинець (сульфат свинцю PbSO4), а щільність електроліту починає падати. У підсумку, в ланцюзі утворюється спрямований рух іонів, і тече електричний струм. Такий процес являє собою розряд акумулятора. При підключенні до акумулятора зовнішнього джерела струму починається зворотний процес - заряд. При заряді активна маса пластин відновлює свій первісний склад, щільність електроліту зростає. Ці хімічні процеси можна описати наступними рівняннями: - на позитивній пластині: PbO2 + H2 SO4 = PbSO4 + H2 O + 2 e; - на негативній пластині: Pb + H2 SO4 = PbSO4 + H2 - 2e. З усього вищесказаного випливає, що кількість запасається акумулятором енергії (ємність) визначається обсягом активної маси і електроліту. Оскільки автомобільна 12-вольт акумуляторна батарея складається з шести акумуляторних елементів, з'єднаних в батарею послідовно, то по суті пристрій, в повсякденному побуті просто зване «акумулятор», насправді є батареєю з декількох акумуляторів. Вперше серійно акумуляторні батареї стали встановлювати на автомобілі Cadillac в 1912 р На перших автомобілях акумуляторні батареї були знімаються, тому що через відсутність бортового генератора після розряду їх припадала заряджати від зовнішнього джерела струму. В автомобілі акумуляторна батарея виконує три функції: по-перше, запускає двигун, по-друге, живить бортові електричні пристрої в той час, коли двигун не працює, і, нарешті, при працюючому двигуні допомагає генератору, коли той не справляється з навантаженням в бортовий електричної мережі.
Конструкція акумуляторної батареї
Сучасна акумуляторна батарея складається з наступних основних частин:
моноблок (корпус), службовець резервуаром для електроліту;
Основні типи конструкцій акумуляторних батарей
Залежно від конструктивних особливостей акумуляторні батареї можна розділити на три типи:
Обслуговуються акумуляторні батареї
Обслуговуються акумуляторні батареї вимагають постійного контролю рівня електроліту і його щільності. Це відбувається через те, що при виготовленні пластин для підвищення міцності їх матеріалу і поліпшення його ливарних властивостей в свинець додається сурма (понад 4,5%). Це призводить до того, що розкладання електроліту (з одночасною втратою води) відбувається при невисоких (14,3-14,4 В) напрузі. Для компенсації витрат води її доводиться періодично доливати через отвори, закриті пробками. Якщо ж момент різкого зниження рівня електроліту упущений, то почнеться необоротна сульфатация свинцю, і, як наслідок, руйнування активної маси пластин. Малообслуговуваних акумуляторні батареї
Малообслуговуваних акумуляторні батареї володіють як яскраво вираженими достоїнствами, так і недоліками. До переваг можна віднести мале споживання води, високу корозійну стійкість пластин і малий саморозряд. Недоліком є необоротне утворення сульфату кальцію при перезарядити (пов'язаних з википання електроліту) і глибоких розрядах. Для зменшення останнього явища деякі виробники виготовляють батареї комбінованої конструкції: негативні пластини виконуються з кальцієвого сплаву свинцю, позитивні - з сурм'янистого (як у старих обслуговуються батарей). Переважна більшість акумуляторів, що виготовляються вітчизняними заводами, є малообслуговуваних. У Європі, як і в усьому світі, малообслуговувані акумулятори витісняються необслуговуваними.
Необслуговувані акумуляторні батареї
За стандартами DIN «не потребує обслуговування» акумуляторної батареї має на увазі витрата води менше 6 г / А * год. На практиці до необслуговуваним батареям відносять такі, в конструкції яких застосовано комплекс рішень, спрямованих на досягнення вкрай низького темпу витрати води. В результаті чого передбачається, що термін википання критичного для працездатності батареї обсягу електроліту перевищує термін служби батареї до її природного виходу з ладу внаслідок природного корозійного руйнування грат. Частка сурми в свинці пластин необслуговуваних батарей становить менше 2,5%.
Параметри акумуляторних батарей
Акумулятор має 100% ефективністю при 27 o С. При мінус 18 o С ефективність батареї падає на 40%. Тому в умовах холодного клімату значенням робочих параметрів надається особливе значення.
Маркування акумуляторних батарей
На акумуляторні батареї наносяться позначення, що дозволяють однозначно визначити їх основні параметри: ємність, струм холодного запуску, тип корпусу. Позначення дати і / або місця виробництва є не обов'язковими, тому не стандартизовані. Маркування можна розділити (стосовно до наших умов) на дві великі групи:
маркування згідно ГОСТ;
маркування згідно DIN.
Наприклад, по стандарту ГОСТ маркування батареї 6СТ-55ПМА несе наступну інформацію: 6 - кількість елементів (напругою 2В) в батареї; СТ - призначення батареї (стартерная); 55 - номінальна ємність в ампер * часах; П - матеріал моноблока (сополімер поліетилену з поліпропіленом); М - матеріал сепаратора (міпласт); А - загальна кришка; З - випускається в залитому і зарядженому стані. За стандартом DIN маркування 5 74 012 068 несе наступну інформацію: 5 - цифра, що показує «порядок» значення ємності; (5 - до 100 А * год, 6 - від 100 до 200 А * год, 7 - понад 200 А * год); 74 - ємність 74 А * год; 012 - заводське позначення типу корпусу, з якого йдуть габарити корпусу, тип кріплення, розташування висновків; 068 - струм пуску 680 А за стандартом EN. Ряд зарубіжних виробників батарей маркують свої батареї специфічним чином, вказуючи в маркування не ємність, а значення струму холодного запуску, яким по каталогу можна зіставити величину номінальної ємності. Своєрідно маркуються також батареї, вироблені в США або виготовлені для продажу на ринку США. Додатковий код, власний для кожного виробника, дозволяє дізнатися місце і дату виробництва батареї.
Експлуатація акумуляторної батареї
Експлуатація акумуляторної батареї на транспортних засобах допускається тільки при справному реле-регуляторі (при напрузі від 13.8В до 14.2В), струмі витоку не більше 25мА, щільності електроліту згідно табл.1 і рівні електроліту не нижче верхньої кромки пластин.
При пуску двигуна тривалість роботи стартера не повинна перевищувати 10 секунд для карбюраторних автомобілів, 15 секунд для дизельних. Якщо спроба запуску не вдалася, необхідно зробити перерву на 1 хвилину.
При експлуатації акумуляторної батареї не рідше одного разу на місяць необхідно:
перевіряти і, при необхідності, очищати акумуляторну батарею від пилу і бруду. Електроліт, який потрапив на поверхню акумуляторної батареї, видаляти ганчір'ям, змоченим в 10-процентному розчині аміаку або соди;
перевіряти і, при необхідності, очищати вентиляційні отвори на корпусі акумуляторної батареї;
перевіряти рівень електроліту і, при необхідності доливати дистильовану воду до нормального рівня (для акумуляторних батарей, що мають пробки); доливати електроліт в акумуляторну батарею можна тільки в тих випадках, коли точно відомо, що зниження рівня електроліту сталося за рахунок його вихлюпування (в обслуговуваних батареях);
перевіряти надійність кріплення акумуляторної батареї в установчому гнізді і щільність кріплення з'єднувальних клем на полюсних виводах акумуляторної батареї; з'єднувальні клеми змащувати технічним вазеліном.
в зимовий період перевірку стану акумуляторної батареї виконувати частіше.
Не рідше одного разу на квартал перевіряти ступінь зарядженості акумуляторної батареї. При необхідності заряджати батареєю згідно з розділом «Зарядка акумуляторної батареї».
Глибокий розряд акумуляторної батареї при негативних температурах неприпустимий! Це призводить до замерзання електроліту і руйнування корпусу батареї.