Реферат: Аккумуляторные батареи

Реферат: Аккумуляторные батареи

АККУМУЛЯТОРНАЯ  БАТАРЕЯ

Устройство аккумуляторной батареи и принцип ее действия

Аккумуляторная батарея  на автомобиле служит для питания электрическим током  стартера при запуске двигателя, а также для всех других приборов электрооборудования, когда генератор не работает или не может  еще отдавать энергию в цепь.

          Если мощность , потребляемая  включенными потребителями , превышает мощность , развиваемую генератором, аккумуляторная батарея, разряжаясь , обеспечивает питание потребителей одновременно с работающим генератором.

          Свинцово- кислотная аккумуляторная батарея является вторичным химическим источником  постоянного тока. Прежде чем она будет отдавать электрическую энергию, ее необходимо зарядить – сообщить ей определенное количество электрической энергии. На автомобилях применяют  стартерные аккумуляторные батареи, конструкция которых позволяет разряжать их токами, в 3-5 раз превышающими их номинальную емкость.

          Стартерные аккумуляторные батареи , выпускаемые нашей промышленностью, классифицируют  по номинальному напряжению  (6 и 12 В); по конструкции- в моноблоке с крышками и перемычками над крышками и в моноблоке с общей крышкой  и перемычками под крышкой; батареи необслуживаемые – залитые электролитом  и полностью заряженные или сухозаряженные.

          Согласно ГОСТ 959.0- 84, все свинцовые стартерные аккумуляторные батареи имеют условное наименование. Например, на автомобиле ЗИЛ-130 установлена батарея 6СТ-90. Первая цифра обозначает  количество последовательно соединенных аккумуляторов в батареи. Напряжение каждого аккумулятора 2 В, поэтому номинальное напряжение батареи 12 В. Буквы СТ определяют назначение батареи – стартерная.

          Число после букв указывает на емкость  батареи  в ампер-часах в 20-часовом режиме разряда. Буквы после цифр, обозначающих емкость , обозначают исполнение батареи : А- с общей крышкой , Н- несухозаряженная , З- необслуживаемая, залитая электролитом и полностью заряженная. После условного обозначения батареи указывают обозначение стандарта или технических условий на батарею конкретного типа. На батарее там же могут быть указаны номинальная емкость в ампер- часах (А.ч) в 20-часовом режиме и разрядный ток батареи (А) при температуре – 18 С.

Аккумуляторная батарея имеет полипропеленовый  полупрозрачный корпус 1 (рис.)

Разделенный перегородками на шесть отсеков , представляющих собой отдельные аккумуляторы. Сверху аккумуляторы закрыты общей полипропеленовой  крышкой 2, приваренной к корпусу ультразвуковой сваркой. В крышке имеются  отверстия для заливки  электролита  в каждый аккумулятор  и для прохода  двух полюсных  выводов батареи : плюсового и минусового.

           Каждый аккумулятор  состоит из двух   полублоков  чередующихся  пластин: положительных 9 и отрицательных 10. Пластины одинаковой полярности  приварены к межэлементным соединениям  4, которые служат  для крепления  пластин и выводов  тока и соединяют  аккумуляторы батареи между собой . Решетки пластин отлиты из сплава свинца с добавлением кальция  и сурьмы, что замедляет процесс  разложения электролита  и саморазряд аккумуляторов.

          Для увеличения  емкости в решетку пластин   впрессовывают  активную массу , приготовленную  на водном растворе  серной кислоты из окислов свинца – свинцового сурика (Р  О ) и свинцового глета  ( Р О)- для положительных пластин  и свинцового порошка- для отрицательных пластин . Одноименные пластины  соединяются  в полублоки , заканчивающиеся  выводными полюсными  штырями.  Полублоки  с положительными и отрицательными  пластинами собирают в блок таким образом, что положительные пластины располагаются между отрицательными, поэтому последних на одну больше. Это позволяет лучше использовать двустороннюю активную массу крайних положительных пластин  и предохраняет  из от коробнения и разрушения.

          Положительные пластины аккумулятора  помещаются в сепараторы , изготовленные в виде  конвертов  из тонкого пластикового  микропористого материала.  Это исключает их короткое замыкание  отрицательными пластинами , а малая толщина и большая пористость  облегчают прохождение через них  электролита , снижают внутреннее  сопротивление и обеспечивают  получение разрядного тока  большой силы. Кроме того это исключает короткое замыкание  пластин выпадающей активной  массой, позволяет устанавливать  блоки пластин непосредственно на днище  бака без ребер  и значительно  увеличить объем  электролита над пластинами и тем самым увеличить срок  доливки дистилированной  воды при эксплуатации автомобиля. Для облегчения проверки уровня электролита в каждом аккумуляторе у заливных отверстий снизу имеются трубчатые индикаторы (тубусы) 7. Нижний срез  индикатора находится на требуемой высоте  от уровня пластин. При нормальном уровне поверхность электролита  образует четко видимый  через наливное отверстие  меникс ( элипс). Кроме того , на полупрозрачном  пластмассовом корпусе  аккумуляторной батареи  могут быть метки « MIN» и    «MАХ» между которыми  должен находиться   уровень электролита .

          Полублоки положительных  9 и  отрицательных 10  пластин  отдельных  аккумуляторов   соединены между собой  межэлементными  соединениями , проходящими  через пластмассовые  перегородки  , и соединяются  соответственно  с положительными  3  и отрицательными 5 выводами батареи.

           Выводы большинства отечественных  и импортных аккумуляторных батарей  имеют конусную  форму, обеспечивающую сохранение  надежного контакта с клеммами  проводов при износе  их в процессе эксплуатации  и имеют стандартные размеры.  Причем положительный вывод батареи  по диаметру больше  отрицательного, что исключает  возможность  нарушения полярности  при установке батареи на автомобиль.

          На верхней  поверхности батареи расположены  отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор  батареи, закрываемые пробками 6. Пробки имеют вентиляционные отверстия для вывода газов , образующихся в процессе работы  батареи . У новых незалитых батарей  вентиляционные отверстия закрыты специальными герметизирующими  приливами, которые при заливке  в батарею  электролита удаляются (срезаются) . Электролит, заливаемый  в аккумуляторную батарею , представляет собой  раствор химически чистой  аккумуляторной кислоты  с дистилированной водой . Для предотвращения  замерзания  электролита  при эксплуатации  аккумуляторной батареи  в зимних условиях  плотность  регламентируется  в зависимости  от климатических  условий  эксплуатации (см табл)

Плотность электролита  при эксплуатации  в различных климатических районах

          Технические характеристики и свойства  аккумуляторной батареи

          Важнейшей технической  характеристикой  аккумуляторной батареи   является ее емкость , которая характеризует способность батареи отдавать  электроэнергию.

          Номинальная емкость  (С  ) аккумуляторной батареи – это  количество электричества  в ампер-часах  ( А.ч), которое  способно отдать полностью заряженная  батарея при непрерывном  20-часовом  разряде с постоянной  силой тока в амперах (А), численно равной  0,05 С  при температуре  25 С до напряжения  на выводах  батареи   U = 10,5 В.

Емкость аккумуляторной батареи  определяется как ее  конструктивными параметрами (пористостью  материала электродов , их толщиной  и качества  пористостью материала  сепараторов и т.д.), так и эксплуатационными факторами : плотностью заливаемого в батарею электролита, его температурой , степенью заряженности батареи  и режимом  ее разряда.

          При повышении плотности электролита емкость батареи  повышается до определенных пределов. Однако при чрезмерном увеличении  плотности ускоряются корразионные процессы  на электродах , их разрушение, и соответственно , снижается срок службы батареи. При чрезмерной малой плотности  электролита  снижается емкость  батареи , а при низкой температуре  окружающего воздуха  зимой электролит  может замерзнуть , и батарея  выйдет из строя. Поэтому оптимальная плотность электролита устанавливается исходя из условий эксплуатации . При заряде батареи плотность электролита  падает, поэтому по плотности электролита определяют состояние батареи и степень  ее разряженности.

          Температура электролита определяется температурой окружающего воздуха  и она несколько возрастает  при заряде и разряде  батареи.  С понижением температуры  емкость батареи уменьшается , в связи с повышением электрического сопротивления  электролита и замедлением  химических реакций .  При уменьшении температуры электролита на 1 С  емкость батареи снижается  примерно на 1%. Таким образом , если номинальная емкость аккумуляторной батареи  равна , например, 60 А.ч. при 25 С, то при снижении температуры окружающего воздуха и, соответственно, электролита до минус 25 С она станет на 50% или вдвое меньше и составит всего 30 А.ч.

          Степень заряженности аккумуляторной батареи влияет на плотность электролита . При заряде батареи  плотность электролита повышается и увеличивается  емкость батареи, достигая  максимальных значений при полном ее заряде .

Режим разряда батареи  характеризуется силой  разрядного тока и его прерывностью. Чем больше разрядный ток , тем меньше емкость  аккумуляторной батареи. Например , если емкость батареи 6СТ-55 А при разряде  ее током  2,75 А  при температуре электролита  25 с составляет С= 55А.ч.( номинальная емкость), то при разряде  током 250 А (4,6 С  ) емкость снижается  более чем в два раза  и составляет 22 А .ч.( примерно 40% от С  ). Емкость, отдаваемая аккумуляторной батареи при прерывистых разрядах , значительно превышает емкость при непрерывном  разряде , что особенно важно  учитывать при стартерном  режиме разряда , когда величина разрядного тока  очень высока (примерно 2-5 С  ).

          К важнейшим техническим  характеристикам аккумуляторной батареи  относится также  электродвижущая сила (ЭДС) батареи и ее напряжение.

          ЭДС батареи- это разность потенциалов  на ее полюсных выводах  без нагрузки  ( при разомкнутой внешней цепи). Данная характеристика взаимосвязана  со степенью заряженности батареи и по ее величине  так же , как и по плотности  электролита , можно оценивать состояние батареи и необходимость ее заряда.

          Напряжение батареи  - это разность потенциалов  на ее полюсных выводах в процессе заряда  или разряда ( при наличии тока во внешней цепи) . Данная характеристика  используется при оценке пусковых качеств батареи . Для оценки пусковых качеств аккумуляторной батареи  применяют следующие основные характеристики  стартерного разряда , измеряемое при температуре  электролита  18 С: сила разрядного тока в А , напряжение в начале разряда в В ( измеряется на батареях  с пластмассовым корпусом  на 30-й секунде стартерного разряда), время разряда в минутах ( измеряется  при разряде тока, численно равном 3 С  до снижения напряжения  батареи до 6 В).

          Саморазряд аккумуляторной батареи- является чрезвычайно важным  ее свойством , которое необходимо  учитывать для правильной эксплуатации  батареи  и продления  срока ее службы . Саморазрядом называют  самопроизвольное снижение  емкости аккумуляторной батареи при отключенных от нее потребителях, т. е.  при бездействии. Обычно саморазряд   батареи не превышает  1% в сутки , такой саморазряд называют  естественным. При более высоком ( более 1% в сутки) значении саморазряда, он считается ускоренным  и это свидетельствует о неисправности батареи. На скорость саморазряда  батареи оказывает влияние  плотность и температура  электролита , отсутствие  примесей в электролите  и доливаемой  в него воде, загрязненность аккумуляторной батареи  снаружи , а также срок  ее эксплуатации. Скорость саморазряда  батареи при повышении  плотности электролита  и ее температуры  увеличивается , причем особенно интенсивно  с увеличением срока ее службы.  При отрицательных температурах саморазряд аккумуляторных батарей резко уменьшается  поэтому хранить их лучше  при низких ( до –30 С) температурах  в заряженном состоянии.

Работа аккумуляторных батарей

          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.

Страницы: 1, 2