3.3. Щелочные аккумуляторы

Маркировка батарей

В странах СНГ маркировка наносится на батарею и должна содержать:

1. товарный знак предприятия-изготовителя;

2. условное обозначение батареи;

3. знаки полярности: плюс «+» и минус «-«;

4. дату изготовления ( месяц, год );

5. обозначение технических условий батарей конкретного типа;

6. номинальную емкость в ампер-часах на батареях с общей крышкой;

7. номинальное напряжение в вольтах на батареях с общей крышкой;

8. клеймо технического контроля;

9. максимальная масса батареи ( без электролита ) по техническим условиям.

Условное обозначение щелочных батарей

Батареей называют группу отдельных аккумуляторов ( банок ), соединенных опре

деленным образом – последовательно, параллельно или по смешанной схеме.

В приведенных ниже таблицах условное обозначение батарей состоит из типа и ис

полнения.

Обозначение типа состоит из цифр и букв, которые означают следующее:

1. 5, 10, 32 или 64 – число последовательно соединенных аккумуляторов (банок);

2. КН – кадмиево-никелевая;

3. ЖН – железоникелевая;

4. цифры после букв – номинальная емкость при 20-часовом режиме разряда, А-ч

( ампер-часы ).

Обозначение исполнения состоит из букв, которые обозначают следующее:

1. Б – безламельная.

Пример. В батарее типа 10КН-100 цифры и буквы обозначают следующее:

10. – число последовательно соединенных аккумуляторов с общим напряжением

10 х 1,2 = 12В; КН – кадмиево-никелевая; 100 – емкость в А-ч.

Устройство щелочных аккумуляторов

Если кислотные аккумуляторы используют в качестве стартерных, то для питания

прочих низковольтных устройств приме­няют щелочные кадмиево-никелевые и железони-

келевые аккумуля­торы (они одинаковы по конструк­ции и составу электролита).

Корпус 9 щелочного аккуму­лятора (рис. 5.9 ) изготовляют сварным из листовой ста

ли, покрытой никелем.

Технология изготовления положительных 4 и отрицательных 11 пластин одина­кова: их выполняют из тонких перфорированных листов стали в виде ламелей-футляров 3, в которые помещается активная масса 1.

Гидрат окиси никеля Ni(ОН)₃ служит активной массой положи­тельных пластин ще

лочных акку­муляторов обоих типов.

Активная масса отрицательных пластин у кадмиево-никелевых аккумулято­ров со-

стоит из смеси губчатого кадмия с железом, а у железо-никелевых - из смеси хими­чески активного железа (губчатого железа) с его окислами и неболь­шого количества окиси ртути.

В электрохимических процессах участвуют кадмий Cd или железо Fe, а присадки улучшают электрохимические свойства масс.

Рис. 5.9. Устройство щелочного аккумулятора: 1 – активная масса; 2 – палочки распорные эбонитовые; 3 – ламель-футляр; 4 – положительные пластины; 5 – вывод; 6 – пробка; 7 – вывод; 8 – крышка стальная; 9 – корпус аккумулятора; 10 – баретки ( соединительные мостики ); 11 – отрицательные пластины; 12 – контакт-

ные пластины; 13 – эбонитовые пластины; 14 – стойки.

С помощью контактных пластин 12 и соединительных бареток 10 пластины собира

ют в блоки и через выводы 5, 7 соединяют с внешней цепью.

В стальной крышке 8 расположены пробки 6, в которых устрое­ны небольшие отвер

стия для вентиляции.

Изоляция пластин одна от другой и от корпуса достигается установкой распорных

эбонитовых палочек 2 и эбонитовых пластин 13 со стойками 14.

У кадмиево-никелевых аккумуляторов крайние пластины всегда положительные, у железоникелевых отрицательные.

При сборе в батарею аккумуляторы монтируют на изоляционных прокладках в об-

щем деревянном или пластмассовом ящике и надежно изолируют от корпуса судна.

Электролитом служит раствор едкого кали КОН или натра NaOН в дистиллирован-

ной воде плотностью 1,19-1,21 г/см³ с небольшой добавкой едкого лития с небольшой до-

бавкой едкого лития КОН, который увеличивает срок службы аккумуляторов в 2-2,5 раза.

Реакции разряда-заряда (на примере кадмиево-никелевого акку­мулятора) следую

щие:

у положительных пластин Ni (ОН₃ ) + К ↔ Ni (ОН)₂ + КОН;

у отрицательных пластин Cd + 2OН ↔ Сd(ОН)₂.

Образо­вавшиеся при разряде гидроокиси Ni(ОН)₂ и Сd(ОН)₂ не обладают какими-

либо отрицательными свойствами, поэтому щелочные аккуму­ляторы могут длительное время находиться в разряженном состоянии, следовательно, их обслуживание упрощается.

Так как ионы К⁺ и ОН^- или целые молекулы КОН присутствуют в левых и правых

частях уравнений реакций, плотность электролита в процессе разряда-заряда почти не изменяется.

ЭДС заряженного акку­мулятора составляет 1,35 В, при разряде уменьшается до 1 В

( это зависит от состояния активных масс пластин и в меньшей степени от плотности элек

тролита и температуры эксплуатации).

Напряжение заряженного аккумулятора составляет 1,25 В, разряжают его до напря

жения не ниже 1,1 В.

Например, батарея 10 КН-100 (кадмиево-никелевая батарея, собранная из 10 банок,

общей емкостью 100 А-ч) имеет номинальное напряжение U = 12,5 В.

Номинальным зарядным током считается ток Iз = С / 4= 25 А продолжительно-

стью 6 час.

Номинальным разрядным током считается ток I_р = С / 8 = 12,5 А продолжительно-

стью 8 час.

Допускается 1-часовой режим разряда током I_р = 100 А.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов R_вн = 0,03—0,05 Ом, т.е. в десятки раз больше внутреннего сопротивления кислотных аккумуляторов, у которых R_вн = 0,005 Ом. Поэтому щелочные аккумуляторы нельзя использо­вать в стартерном режиме.

Эксплуатация щелочных АБ

Приготовление электролита и заряд щелочных АБ

Для пользования в судовых условиях едкие кали КОН и натр N304 поставляются в жидком (плотностью 1,41 г/см³) или твердом (иногда с добавкой едкого лития) виде.

Для приготовления электролита пригодна дождевая и питьевая вода. После раство-

рения щелочи в железной, стеклянной или пластмассовой посуде раствор выдерживают в течение 3-6 ч до полного осветления.

Осветленную часть раствора при температуре не выше 30ºС доводят до нужной плотности и заливают в аккумулятор.

Во избежание поглощения электролитом углекислого газа из воздуха в каждый аккумулятор вливают несколько капель вазелинового масла или керосина.

После заливки нового аккумулятора электролитом его выдерживают в течение 2-10 ч (для пропитки пластины) до появления начального напряжения.

Затем проводят 2- 4 цикла заряд-разряд в соответствии с инструкцией.

Смену электролита выполняют через каждые 100-150 рабочих циклов, а также при хранении аккумулятора без действия сроком более одного года или при использовании его при температуре ниже - 20ºС. Перед сменой электролита аккумулятор разряжают до 1 В, промывают и немедленно заливают электролитом.

Кроме нормальных 6-часовых режимов заряда при Iз = С / 4 = 0,25С, через каждые 10 циклов (примерно 1 раз в месяц) или после глубоких разря­дов делают усиленный заряд тем же током, но в течение 12 ч.

При зарядах температура аккумулятора не должна превышать 45°С. В начале заря

да напряжение аккумулятора составляет 1,4-1,45 В, в конце - 1,75-1,95 В.

Конец заряда характеризуется бурным выде­лением газа и постоянством ЭДС акку

мулятора.

Разряд щелочных АБ

При разряде аккумулятора в 8-часовом или более длительном режиме ( I_р = С / 8 ) напряжение не должно уменьшиться ниже 1,1 В, при 1-часовом режиме разряда – ниже 0,5 В.

После 100-150 циклов работы проводят контрольно-тренировочные циклы, преду-

сматривающие непрерывные и полные заряды-разряды с заменой электролита.

Если в конце этих циклов за 6 ч разряда током I_р = С / 8 напряжение умень­шается до 1 В и ниже, аккумулятор подлежит замене.

Наличие примесей в электролите, отсутствие в нем присадки едкого лития, система

тические недозаряды, глубокие разряды, утечка тока и работа при температурах выше 35 ºС могут быть причиной понижения емкости щелочных АБ.

Работа при повышенных токах, низком уровне электролита и наличии неплотно-

стей на выводах может, вызвать перегрев аккумулятора.

При КЗ, утечках тока и накоплении осадков аккумулятор может иметь пониженное напряжение.

В небольших количествах выпускаются никель-кадмиевые безламельные щелоч-

ные аккумуляторы, у которых активная масса нано­сится на стальную решетку пластин и спекается.

У этих аккумуляторов R_вн = 0,005 Ом, т.е. такое же, как и кислотных АБ. Поэтому они могут работать с большими разрядными токами со стабильным напряжением, но срок их службы мал (примерно 300 циклов).

В марку такого аккумулятора добавляется буква Б ( безламельный ).

Серебряно-цинковые аккумуляторы обладают высокой стабиль­ностью напряжения при больших разрядных токах и имеют малые массу и габаритные размеры. Однако их стоимость высока, а ресурс довольно низок (до 100 циклов). Эти аккумуляторы имеют

R_вн = 0,001 Ом, Е = (1,7-4,4) В, напряжение в заряженном состоянии U = 1,6-1,5 В.

Серебряно-кадмиевые аккумуляторы обладают несколько худшими рабочими характеристиками, но в эксплуатации выдержи­вают до 500 циклов.