Электрооборудование автомобиля Система электроснабжения

Неблагоприятные условия работы:

Генератор

Низкая частота вращения ротора генератора

Аккумуляторная батарея

Электрическое оборудование (нагрузки)

Генератор

Аккумуляторная батарея

Электрическое оборудование (нагрузки)

Аккумуляторная батарея разряжается

Средняя/высокая частота вращения ротора генератора

Благоприятные условия работы:

Аккумуляторная батарея заряжается

Система электроснабжения Потребители электроэнергии

Система электроснабжения предназначена для питания электрической энергией всех потребителей. Источниками электрической энергии являются генератор и аккумуляторная батарея (АКБ), включенные параллельно друг другу.

При работающем двигателе внутреннего сгорания (ДВС) генератор является основным источником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потребителей и заряд АКБ. При неработающем двигателе функции источника электроэнергии переходит к АКБ, которая также должна обеспечивать надежный пуск ДВС.

Автотракторные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах. Для автоматического поддержания напряжения генератора на заданном уровне при изменении частоты вращения и нагрузки предназначен регулятор напряжения.

Аккумуляторные батареи (акб)

24 Вольта

Аккумуляторная батарея является устройством, превращающим электрическую энергию в химическую в процессе заряда и обратно в электрическую при подключении потребителей. Она выполняет следующие основные функции: электроснабжение стартера и системы управления двигателем/системы зажигания при пуске ДВС, электроснабжение при неработающем двигателе таких потребителей, как индикатор включения стояночного тормоза, аудиомагнитола и т. д., обеспечение питания всех потребителей при недостатке развиваемой генератором мощности (в момент пиковых нагрузок). Поскольку стартерный режим является наиболее тяжелым для АКБ (ему присущи максимальный ток и мощность), то такие батареи называют стартерными.

К стартерным АКБ предъявляются следующие основные требования:

1) минимальное внутреннее сопротивление, то есть обеспечение нужного для работы стартера разрядного тока (особенно при пониженных температурах);

2) достаточный запас энергии, для питания потребителей при неработающем ДВС, а также для обеспечения необходимого количества попыток пуска двигателя с установленной продолжительностью;

3) максимальное количество энергии, отдаваемой с единицы массы;

4) минимальная общая масса, малые габариты и большая механическая прочность;

5) малое падение напряжения в процессе разряда;

6) быстрое восстановление емкости в процессе заряда;

7) надежность и простота обслуживания в эксплуатации;

8) сохранение работоспособности в течение длительного времени при температуре окружающей среды от – 40 до +70 ⁰С;

9) невысокая стоимость при массовом производстве.

Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяют свинцово-кислотные аккумуляторы, получившие широкое распространение в качестве стартерных для тракторов и автомобилей.

Устройство стартерных свинцово-кислотных батарей основано на последовательном соединении отдельных аккумуляторов.

Различают несколько исполнений батарей.

Классическое исполнение. Основными недостатками свинцовых батарей, известными с самого начала их существования, являются:

– необходимость регулярного (не реже одного - двух раз в месяц) контроля уровня и плотности электролита и долива дистиллированной воды при снижении его уровня;

– сравнительно высокая скорость саморазряда (до 14 % за месяц), которая в процессе эксплуатации постоянно увеличивается и после 1,5…2 лет работы возрастает в 3…4 раза.

Это следствия сравнительно высокого (более 5,5 %) содержания сурьмы в сплавах для токоотводов (решеток).

1 – перегородка; 2 – опорная призма; 3 – моноблок; 4 – отрицательный электрод; 5 – сепаратор; 6 – положительный электрод; 7 – мостик; 8 – борн; 9, 15 – полюсные выводы; 10 – крышка; 11 – пробка; 12 – вентиляционное отверстие; 13 – мастика, залитая по швам и поверхности крышек; 14 – перемычка.

Батареи с отдельными крышками. Аккумуляторные батареи собирают в одном многоячеечном корпусе – моноблоке 3, из кислотостойкой пластмассы (эбонит, наполненный полиэтилен, полипропилен), разделенном перегородками 1 на отдельные ячейки. На дне каждой камеры выполнены по четыре опорных призмы 2, на которые устанавливают нижними частями электроды 4, 6 и сепараторы 5. Пространство между опорными призмами служит для накапливания шлама – осадка, образующегося во время эксплуатации из-за оплывания частиц активной массы положительных электродов.

1 – положительный токоотвод; 2 – положительный электрод; 3 – положительный электрод в конверте-сепараторе; 4 – отрицательный токоотвод; 5 – отрицательный электрод; 6 – блок положительных электродов; 7 – межэлементное соединение (борн); 8 – крышка батареи; 9 – ручка; 10 – моноблок; 11 – выводной борн; 12 – блок электродов в сборе; 13 – блок отрицательных электродов

Батареи с общей крышкой. Применение термопластичной пластмассы позволили внести ряд технологических и конструктивных усовершенствований – появилась конструкция с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с этиленом, которая показана на рисунке.

Необслуживаемые батареи. Появление необслуживаемых батарей стало возможным благодаря применению решеток из свинцово-кальциевого сплава, что резко уменьшило газовыделение и саморазряд, а также улучшились характеристики стартерного режима разряда.

Усовершенствование конструкции при создании необслуживаемых батарей заключается еще и в том, что для увеличения запаса электролита без изменения высоты батареи один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового материала с низким электросопротивлением. В этом случае опорные призмы не нужны, и блок электродов можно установить прямо на дно ячейки моноблока, как показано на рисунке.

Гелевые (GEL) и AGM (Absorptive Glass Mat «поглощающее стекловолокно») Состоят из схожего набора составных частей. В пластиковый корпус, помещены пластины-электроды изготовленные из свинца или его сплавов с другими металлами. Пластины погружены в кислотную среду - электролит, который может выглядеть как жидкость, или быть в другом, более густом и менее текучем состоянии.

В АКБ изготовленных по технологии AGM пространство между электродами заполнено микропористым материалом-сепаратором на основе стекловолокна. Это вещество действует как губка, оно полностью всасывает всю кислоту и удерживает её, не давая растекаться.

Ещё лучшими потребительскими свойствами обладают гелевые аккумуляторы (GEL – Gel Electrolite). В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO₂), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация.

В отличие от AGM технологии гелевые аккумуляторы ещё лучше восстанавливаются из состояния глубокого разряда, даже в том случае, когда к процессу заряда не приступили сразу же после разрядки батарей. Они способны перенести более 1000 циклов глубокой разрядки без принципиальной потери своей емкости. Так как электролит находится в густом состоянии, то он менее подвержен расслоению на составные части воду и кислоту, поэтому гелевые аккумуляторы лучше переносят плохие параметры тока подзаряда.

Реакции, протекающие в свинцово-кислотных АКБ

Разряд аккумулятора. Свинец, активная масса отрицательного электрода, частично растворяется в электролите и окисляется в растворе с образованием положительных ионов РЬ²⁺. Освободившиеся при этом избыточные электроны сообщают электроду отрицательный заряд и начинают движение по замкнутому участку внешней цепи к положительному электроду. Положительно заряженные ионы свинца вступают в реакцию с отрицательно заряженными сульфат-ионами с образованием сульфата свинца , который осаждается на поверхности отрицательного электрода.

Двуокись свинца при взаимодействии с водой диссоциирует (распадается в растворе на заряженные частицы – ионы), образуя ионы четырехвалентного свинца и ионы гидроксила . Ионы сообщают электроду положительный потенциал и, присоединяя электроны, пришедшие по внешней цепи от отрицательного электрода, восстанавливаются до ионов двухвалентного свинца . Ионы взаимодействуют с ионами , образуя сернокислый свинец , который также осаждается на поверхности положительного электрода. Активная масса положительного электрода по мере разряда преобразуется из двуокиси свинца в сульфат свинца .

В результате разряда аккумулятора расходуется серная кислота и образуется вода из освободившихся ионов и , что приводит к снижению плотности электролита при разряде.

Итоговые реакции разрядного и зарядного процессов в аккумуляторе таковы:

на положительном электроде

, (1.1)

на отрицательном электроде

, (1.2)

суммарная реакция

. (1.3)