Устройство аккумуляторной батареи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Устройство аккумуляторной батареи

Введение

аккумуляторный батарея зарядка

Обычная автомобильная аккумуляторная батарея, как правило, состоит из шести 2-вольтовых элементов, что дает на выходе напряжение 12 В. Каждый элемент, в свою очередь, включает набор свинцовых решетчатых пластин, покрытых активным веществом и погруженных в сернокислотный электролит. Отрицательные пластины покрыты мелкопористым свинцом, а положительные - двуокисью свинца. Когда к аккумулятору подключают нагрузку, активное вещество вступает в химическую реакцию с электролитом, вырабатывая электрический ток. На пластинах при этом осаждается сульфат свинца, и электролит, соответственно, истощается. При зарядке эта реакция проходит в обратном направлении, и способность аккумулятора давать ток восстанавливается. Аккумулятор выполняет три функции: запускает двигатель, питает бортовые электрические устройства (при неработающем двигателе) и «помогает» генератору, когда тот не справляется с нагрузкой.

Аккумулятор обычно размещается в моторном отсеке (крайне редко в багажнике или в салоне). Однако, высокой температуры он не переносит. С целью снижения уровня шума производители все тщательнее закрывают любые отверстия в моторном отсеке, что, как правило, приводит к повышению температуры внутри него. Верхний предел рабочей температуры аккумуляторов -- 100 о С, выше него электролит закипает. Однако, даже при приближении к этой температуре срок службы батарей все равно снижается в три-четыре раза. На сегодняшний день это, пожалуй, самая большая проблема для производителей аккумуляторов.

Стандартная свинцовая стартерная аккумуляторная батарея (АКБ) -- вторичный источник электроэнергии. После глубокого разряда ее работоспособность можно восстановить пропусканием электрического тока в направлении, обратному тому, в котором протекал ток при разряде. Работает АКБ, превращая электрическую энергию в химическую при заряде и химическую энергию в электрическую при разряде. Назовем активные вещества свинцового аккумулятора, принимающие участие в токообразующем процессе:

· на положительном электроде -- двуокись свинца темно-коричневого цвета;

· на отрицательном электроде -- губчатый свинец серого цвета.

В токообразующем процессе принимает участие также электролит -- водный раствор серной кислоты плотностью 1,28 г/см3. В процессе разряда активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца (двойная сульфатация). При этом плотность электролита снижется к концу разряда до 1,08-1,10 г/см3. Наиболее распространены автомобильные АКБ с номинальным напряжением 12 В и емкостью от 36 до 190 А-ч.

1. Общее устройство аккумуляторной батареи

У многочисленных свинцовых стартерных АКБ в зависимости от исполнения имеются свои конструктивно-технологические особенности, однако, в их устройстве много общего. Все они содержат разноименные электроды, разделенные сепараторами, помещенными в сосуд, заполненный электролитом. В зависимости от применяемых при производстве материалов и используемых конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей, современные батареи можно подразделить на два основных вида исполнения: классический и необслуживаемый.

2. Классические АКБ

В России батареи классического исполнения выпускают как в моноблоках с отдельными крышками, герметизируемыми битумной смазкой, так и в моноблоках с общей крышкой, герметизируемой контактно-тепловой сваркой. Аккумуляторные батареи с отдельными крышками имеют многоячеечный, как правило, эбонитовый корпус (или из другой кислотоупорной пластмассы), который разделен перегородками (16) на банки по числу аккумуляторов. Каждая банка содержит блок чередующихся положительных (5) и отрицательных (3) электродов с расположенными между ними сепараторами. Таким образом, каждый блок можно назвать отдельным аккумулятором, обеспечивающим на выводах электродов напряжение 2 В. Ввиду того, что в процессе работы аккумулятора неизбежно образуется шлам в виде осадка, оседающего на дно моноблока, между дном и опорными призмами электродов (1) предусмотрен зазор. Аккумулятор выходит из строя, если все пространство под электродами будет заполнено шламом, и он замкнет разноименные электроды. Причина образования шлама заключается в оплывании частиц активной массы положительных электродов.

Электроды сосфоят из активной массы, удерживаемой на токоотводе решетчатой структуры. Роль сепараторов заключается в разделении друг от друга реагентов - участников электрохимических процессов, а также обеспечении диффузии электролита от одного электрода к другому. Для улучшения доступа электролита к активной массе положительного электрода сторона сепаратора, обращенная к нему, выполнена ребристой. Соседние аккумуляторы в батарее последовательно соединяет между собой наружный токоотвод, называемый борном (8). К выводным клеммам крайних аккумуляторов батареи приваривают полюсные выводы (9) и (14), через которые происходит связь батареи со всем электрооборудованием автомобиля. Выводы аккумуляторной батареи намеренно выполняют разного диаметра. Это гарантирует от ошибки при подключении аккумуляторной батареи в сеть, когда вместо отрицательного может быть подключен положительный вывод. Чтобы исключить случаи повреждения верхних кромок сепараторов при замерах уровня и плотности электролита в верхней части электродного блока монтируют защитный щиток (7).

Аккумулятор, устанавливаемый в камеру-ячейку моноблока, комплектуется специальной индивидуальной эбонитовой крышкой с двумя отверстиями, снабженными втулками для выводных борнов электродного блока. Для залива электролита и проведения технического обслуживания аккумулятора служит специальное резьбовое отверстие в крышке, закрываемое полиэтиленовой пробкой с вентиляционным отверстием для выхода газов. С целью герметичной укупорки новых сухозаряженных батарей пробка, закрывающая вентиляционное отверстие, имеет глухой прилив, удаляемый (срезаемый) перед началом эксплуатации аккумулятора.

Широкое распространение получили в последнее время аккумуляторные батареи с общей крышкой моноблока из сополимера пропилена с этиленом, устройство которых показано на рис. 2. Моноблок (1) включает электродные блоки, включающие разноименные электроды (2) и (3) и сепараторы (4). Блоки связаны между собой посредством укороченных межэлементных связей (6) через отверстия в перегородках (5) моноблока. Все 6 аккумуляторов накрыты единой крышкой (7). Благодаря параметрам термопластичной пластмассы и примененному методу контактно-тепловой сварки герметичность аккумуляторной батареи, как по периметру, так и между отдельными аккумуляторами сохраняется при температуре от - 50 до + 70 °С.

3. Необслуживаемые АКБ

Переход сурьмы, содержащейся в сплаве положительных токоотводов, (по мере их коррозии) через раствор на поверхность отрицательного электрода - главная «болезнь» традиционных свинцовых батарей. Появление этой «болезни» характеризуется бурным газовыделением, сопровождающимся «кипением» электролита вследствие электролитического разложения входящей в него воды в конце зарядного процесса и при небольшом перезаряде. Осаждение сурьмы снижает напряжение на электродах батареи, при котором вода разлагается на кислород и водород. В необслуживаемых аккумуляторных батареях используют сплавы для производства токоотводов с пониженным содержанием сурьмы или вовсе без нее. Кроме того, преимуществом батарей такого типа является и то, что один из электродов помещают в сепаратор-конверт из микропористого полиэтилена с низким электрическим сопротивлением.

В подобной конструкции батареи ввиду полного исключения замыкания электродов разной полярности опорные призмы устанавливать уже нет необходимости, блок электродов монтируют на дно моноблока, при этом габаритная высота батареи снижается. А та часть электролита, которая ранее не использовалась в работе батареи (она размещалась в шламовом отсеке моноблока), теперь находится выше электродов и пополняет запас, расходуемый в процессе эксплуатации. В США такие батареи начали выпускать, используя свинцово-кальциевый сплав (Са - 0,07 - 1,0 %; Sn - 0,1 - 1,2 %; остальное - Pb) в качестве материала для токоотводов, а также положительного и отрицательного электродов. В этих батареях газовыделение настолько уменьшилось, что позволило эксплуатировать их в течение как минимум двух лет без долива воды. Конструкторы лишили их отверстий для долива воды и назвали полностью необслуживаемыми. Саморазряд таких батарей замедлился более, чем в 6 раз, при этом проявились и серьезные недостатки. При нескольких глубоких разрядах такие батареи быстро теряли емкость, и это обстоятельство не позволило получить им достаточно заметного распространения в Европе и в России.

Позднее в США на рынок были выведены аккумуляторные батареи так называемой системы «кальций плюс» или гибридные. Они содержали до 1,5 - 1,8 % сурьмы и до 1,4 - 1,6 % кадмия в положительном токоотводе, при этом имели свинцово-кадмиевый отрицательный токоотвод. Подобные батареи имеют параметры по расходу воды и саморазряду в 2 раза выше, чем малосурьмяные, однако все же уступают свинцово-кальциевым. В Европе необслуживаемые батареи получили широкое распространение в начале 80 г.г. Это были батареи с содержанием сурьмы, сниженным до 2,5 - 3 процентов. Расход воды и саморазряд таких батарей выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами в 2 - 3 раза, и это послужило причиной дальнейшей работы над совершенствованием АКБ, в частности, разработке гибридных батарей. Конец 90-х годов - время появления в США и Европе батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с добавкой новых легирующих компонентов (в том числе, серебра), не боящихся глубоких разрядов.

В нашей стране производят необслуживаемые батареи емкостью от 44 до 90 А-ч, токоотводы которых изготавливают из малосурьмяного сплава с содержанием сурьмы от 1,7 до 3 %. Эксплуатируя АКБ без отверстий для долива воды автовладельцы должны знать, что эти батареи являются очень чувствительными к техническому состоянию всей системы электрооборудования автомобиля. Генератор, регулятор напряжения, натяжение ремня привода генератора должны постоянно быть в норме. На долговечность АКБ влияет также наличие утечек тока в системе электрооборудования. Абсолютное большинство АКБ, поступающих на российский рынок из стран Европы, имеют гибридное исполнение, либо два токоотвода из свинцово-кальциевого сплава. Малосурьмяные сплавы с содержанием сурьмы от 1,6 до 1,8 % заводы-изготовители АКБ применяют для электродов обеих полярностей при производстве сухозаряженных батарей.

4. Эксплуатация аккумуляторной батареи

1. Батарею следует содержать в чистоте.

2. Один раз в три месяца проверьте надёжность закрепления батареи в штатном гнезде автомобиля.

3. Не допускайте загрязнения поверхности батареи. При необходимости протрите поверхность батареи влажной тряпкой.

4. Полюсные выводы и клеммы должны быть чистыми. Рекомендуется после очистки смазать их техническисм вазелином или другой густой нейтральной смазкой.

5. Пуск двигателя производите короткими (5-10 секунд) включениями стартера. В зимнее время выключайте сцепление. Перерывы между попытками пуска должны составлять не менее 1 минуты. Если после 3-4 попыток двигатель не запускается, проверьте исправность системы зажигания и питания топливом.

6. При эксплуатации автомобилей и других транспортных средств уровень зарядного напряжения должен соответствовать требованиям инструкции на транспортное средство и находиться в пределах 13,9 - 14,4 Вольт независимо от режима работы двигателей и включённых потребителей. НЕ ДОПУСКАЕТСЯ эксплуатация батарей как в режиме НЕДОЗАРЯДА, т.е. при напряжении ниже 13,9 Вольт, так и в режиме ПЕРЕЗАРЯДА, т.е. при наряжении выше 14,4 Вольт. Поэтому не реже одного раза в 2 месяца проверяйте уровень зарядного напряжения. В случае, если зарядное напряжение отличается от вышеуказанного, необходимо обратиться в автосервис для приведение его до заданного уровня.

7. Батарею следует поддерживать в заряженном состоянии. Не реже одного раза в 3 месяца, а также в случае ненадёжного пуска двигателя, необходимо проверять степень заряженности по равновесному напряжению разомкнутой цепи (НРЦ) для необслуживаемых аккумуляторов и по плотности электролита для обслуживаемых. Измерение равновесного НРЦ необходимо производить не ранее чем через 8 часов после выключения двигателя. У полностью заряженной батареи величина НРЦ составляет 12,7 - 12,9 Вольт при температуре 20 -25 °С. Измерение НРЦ производить в помощью высокоомного вольтметра класса точности не ниже 1,0. После измерения НРЦ батареи следует установить степень её заряженности по таблице с учётом температуры окружающей среды.

Проблемы с аккумуляторной батареей могут быть вызваны как самой батареей, так и системой электрооборудования к которой она подсоединена. Если у вас начались проблемы с аккумулятором не стоит сразу бежать в магазин и покупать новый, для начала стоит проверить систему электрооборудования и состояние самого аккумулятора - возможно просто в электрике завёлся "жучок", пожирающий аккумулятор во время простоя, или же по причине частых коротких поездок просто разрядился аккумулятор. Стоит учитывать что причины разрядки аккумулятора на автомобиле могут быть как в самом аккумуляторе, так и в электрооборудовании авто. Как это определить будет написано ниже, а пока "безопасность прежде всего" - меры предосторожности:

При любой работе с системой электрооборудования необходимо соблюдать дополнительную осторожность, чтобы не повредить полупроводниковые устройства (диоды и транзисторы) и избежать поражения электрическим током.

Перед работой с системой электрооборудования всегда снимайте кольца, часы и т.д. Даже при разъединенном аккумуляторе может произойти емкостная разрядка, если зажим питания компонента случайно закорочен металлическим предметом. Это может вызвать шок или сильный ожог.

Не путайте зажимы аккумулятора. Компоненты типа генератора, электронных устройств управления или любые другие, имеющие полупроводниковую схему, могут быть безнадежно повреждены.

При запуске двигателя с помощью проводов большого сечения и пускового устройства или отдельного аккумулятора, нужно подсоединить плюс к плюсу и минус к минусу. Это также относится и при подсоединении аккумулятора к зарядному устройству.

Никогда не отсоединяйте полюса батареи, генератора, любую электрическую электропроводку или контрольно-измерительные приборы на работающем двигателе.

Не допускайте, чтобы двигатель вращал отключенный от системы электрооборудования генератор.

Никогда не проверяйте работоспособность генератора, закорачивая его выходные контакты с землей.

При работе с системой электрооборудования следите, чтобы отрицательный провод аккумулятора был отсоединен.

Перед использованием дуговой сварки на автомобиле, отсоедините аккумулятор, генератор и компоненты типа электронного устройства управления зажиганием и системы впрыска топлива, чтобы защитить их от повреждения. Для начала следует просто померить напряжение на клеймах аккумулятора обычным вольтметром

Степень заряженности аккумулятора от НРЦ (равновесного напряжения разомкнутой цепи)

При слабой заряженности аккумулятора следует его подзарядить в соответствии с рекомендациями описанными ниже.

1. При малом годовом пробеге автомобиля каждые три месяца проверяйте плотность электролита, чтобы определить состояние аккумулятора. Измерьте плотность электролита ареометром и сравните результаты со следующей таблицей. Обратите внимание, что приведенные плотности электролита даны для температуры 15°С. Для каждых 10°С ниже 15°С вычтите 0.007, а для каждых 10°С выше 15°С - прибавьте 0.007.

2. Если состояние аккумулятора точно неизвестно, проверьте плотность электролита в каждой ячейке. Сделать это можно при помощи автомобильного ареометра.Разница в 0.040 (или больше) между любыми ячейками указывает на потерю электролита или на износ внутренних пластин. 3. Если разница плотности электролита в различных ячейках составляет 0.040 (или больше), аккумулятор должен быть заменен. Если эта разница ниже 0.040, но аккумулятор разряжен, его следует зарядить как описано далее .

Необслуживаемый аккумулятор:

1. В случаях, когда установлен герметичный необслуживаемый аккумулятор, дозаправка и проверка плотности электролита в каждой ячейке не возможны. Состояние аккумулятора может быть проверено, только с помощью соответствующего индикатора или вольтметра. 2. Необслуживаемые аккумуляторы как правило оснащен встроенным индикатором степени заряженности.

Индикатор находится в верхней стенке корпуса аккумулятора и степень заряженности аккумулятора можно определить по его цвету. Если индикатор зеленый, то аккумулятор полностью заряжен. По мере разрядки аккумулятора, индикатор становится более темным и в конце концов черным, что означает, что аккумулятор необходимо зарядить как описано далее в этом Разделе. Если индикатор становится светлым/желтым, то уровень электролита в аккумуляторе слишком низок, а значит аккумулятор должен быть заменен. Не пытайтесь в это время заряжать аккумулятор или запускать двигатель от внешнего источника. 3. Для испытания аккумулятора с помощью вольтметра, соедините вольтметр к клеммам аккумулятора. Результаты такого измерения будут точны, только если аккумулятор не подвергался зарядке в течение предыдущих шести часов. Если это условие было нарушено, включите фары и оставьте их работать в течение 30 секунд. После выключения фар подождите 4 - 5 минут и произведите измерение. Все другие электрические цепи должны быть выключены. Убедитесь, что все двери хорошо закрыты. 4. Если измеренное напряжение меньше 12.2 Вольт, то аккумулятор полностью разряжен, тогда как напряжение 12.2 - 12.4 Вольт указывает на его частичную разряженность. 5. Если аккумулятор необходимо зарядить, снимите его с автомобиля и выполните зарядку как описано далее .

Зарядка аккумулятора (Зарядка необслуживаемого аккумулятора)

1. Зарядка аккумулятора производится током 3.5 - 4 А. Продолжайте заряжать аккумулятор таким током до тех пор, пока будет наблюдаться повышение плотности электролита. По истечение четырех часов после последнего повышения плотности зарядку аккумулятора можно прекратить. 2. В качестве альтернативы, зарядка аккумулятора током 1.5 А может безопасно производиться всю ночь. 3. Слишком быстрая зарядка, позволяющая полностью перезарядить аккумулятор в течение 1 - 2 часов, не рекомендуется, поскольку это может вызывать серьезное повреждение пластин аккумулятора из-за их перегрева. 4. При зарядке аккумулятора следите, чтобы температура электролита никогда не превышала 37.8°С.

Официальная рекомендация по зарядке аккумуляторов компании Varta:

Перед установкой батареи на автомобиль рекомендуется батарею подзарядить ! Заряд рекомендуется проводить при постоянном токе, равном 1/10 ёмкости батареи. Заряд считается законченным через 2 часа после достижении напряжения на батарее равного 16,0 В.

Более подробно о правильной зарядке аккумуляторной батареи и о методах восстановления емкости аккумуляторных батарей

Проверка системы заряда:

Причины разрядки аккумулятора на автомобиле? могут быть вызваны отсутствием его полноценной зарядки от генератора автомобиля:

1. Если при включенном зажигании контрольная лампа заряда не горит, сначала проверьте надежность соединения электропроводки генератора. Если электропроводка в порядке, убедитесь, что контрольная лампа не перегорела и что патрон лампы правильно расположен на приборной панели. Если лампа все еще не загорелась, проверьте целостность проводки от генератора до патрона лампы. Если результат проверки не покажет повреждение проводки, вероятно поврежден генератор. 2. Если контрольная лампа работы генератора загорается при работающем двигателе, выключите двигатель и убедитесь, что приводной ремень не поврежден и правильно натянут и что соединения генератора надежно закреплены. Если все в порядке, проверьте щетки и кольца генератора. Если и после этого генератор не работает, его следует заменить или обратиться к автоэлектрику для проверки и ремонта. 3. Если предполагается неисправность на выходе генератора, даже когда контрольная лампа функционирует правильно, регулируемое напряжение можно проверить следующим образом. 4. Подсоедините вольтметр к клеммам аккумулятора и запустите двигатель. 5. Увеличивайте обороты двигателя, пока показания вольтметра не стабилизируются. Напряжение должно быть приблизительно 12 - 13 Вольт, но не более 14 В.

6. Включите как можно больше дополнительного электрического оборудования (например, фары, обогрев заднего окна и электродвигатель отопителя салона) и убедитесь, что генератор поддерживает напряжение в пределах 13 - 14 вольт. (При эксплуатации автомобилей и других транспортных средств уровень зарядного напряжения должен соответствовать требованиям инструкции на транспортное средство и находиться в пределах 13,9 - 14,4 Вольт независимо от режима работы двигателей и включённых потребителей.)

7. Если регулируемое напряжение выходит за указанные пределы, неисправность может крыться в изношенных щетках, слабых пружинах щеток, дефектном регуляторе напряжения, дефектном диоде, разъединенной обмотке или в изношенных или поврежденных кольцах генератора. Генератор необходимо заменить или передать специалисту для проверки и ремонта.

Проверка системы электрооборудования на утечки тока

Ещё одна распространенная причина разрядки аккумулятора на автомобиле - утечка тока. Данный вид неисправности диагностируется следующим образом:

При выключенном зажигании в разрыв цепи подсоедините амперметр (между снятой клеммой и клеммой аккумулятора). Амперметр покажет какой силы ток разряжает ваш аккумулятор в режиме простоя. Нормальный ток потребления с активированным иммобилайзером и сигнализацией в режиме ожидания не должен превышать 50 мА.

Проверка тока потребляемого сигнализацией в режиме охраны:

Включите сигнализацию и аккуратно сними силовую клемму с аккумулятора. Тестер должен показать не более 20мА. Если больше, опять оденьте клемму и выключи сигнализацию. Снимите клемму. Что показывает? Если 0-5мА, то виновата сигнализация. Если чуть меньше (на 5-15мА) чем в первый раз - виновата проводка!

Повышенное потребление электроэнергии при выключенном зажигании требует поиска утечки тока и её устранения.

Размещено на Allbest.ru