145831 (Аккумуляторные батареи), страница 2

При прохождении тока через пластины и электролит (заряд) в аккумуляторе происходит процесс преобразования электрической энергии в химическую , что выражается в образовании налета активной массы на поверхности пластин. На положительной пластине образуется перекись свинца коричневого цвета , а на отрицательной – губчатый свинец серого цвета. При этом плотность электролита значительно увеличивается – аккумулятор зарядился . напряжение заряженного аккумулятора составляет 2 В.

При включении в цепь аккумулятора какого- либо потребителя ( лампы) происходит обратный процесс превращения химической энергии в электрическую, и аккумулятор постепенно разряжается. При этом активная масса на той и другой пластинах превращается в серно- кислый свинец (см. рис.), а плотность электролита уменьшается .После полного разряда аккумулятор снова заряжается и работоспособность его восстанавливается.

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

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.