2.2.9. Будова та принцип роботи акумуляторних батарей

Призначення, загальна будова та принцип роботи акумуляторних батарей

Акумуляторна батарея (АБ) призначена для живлення електричною енергією системи електричного пуску машини, включених споживачів, коли двигун не працює або коли він працює, а генератор не забезпечує необхідної потужності.

В автомобілях КамАЗ використовуються дві акумуляторні батареї 6СТ-190ТР напругою 12 В кожна, ємністю при 20-годинному режимі розряду 190 А-год. Акумуляторна батарея складається із шести послідовно з'єднаних акумуляторів, розміщених в одному корпусі. зверху АБ закривається кришкою, а з торця захисним кожухом. Кожен акумулятор складається з бачка, чотирнадцяти позитивних і п'ятнадцяти негативних пластин, з'єднаних у пів блоки і розділених сепараторами. Над пластинами встановлена захисна сітка. Кожен акумулятор закривається кришкою 7. Кришка має заправну пробку 9 з витвором.

На автомобілях застосовують стартерні свинцеві акумуляторні батареї. Основним споживачем, що визначає тип і конструкцію акумуляторної батареї, є стартер. Споживаний стартером струм при пуску двигуна, особливо при низьких температурах, досягає декількох сотень амперів. У будь-якому джерелі енергії відбувається перетворення одного виду енергії в іншій. Свинцевий акумулятор відноситься до хімічних джерел струму.

У свинцевому акумуляторі процеси протікають зворотно. Активні речовини, витрачені в процесі реакції, можуть відновлюватися при проходженні через акумулятор постійного струму від іншого джерела електричної енергії.

Рис. 2.15. Будова АБ:

1,3 - негативні і позитивні пластіни; 2 - сепаратори; 4 – борн; 5 – захисна сітка; 6 – свинцевий міст; 7 – кришка; 8 – з’єднувальні перемички; 9 – пробка; 10 – полюсні виводи; 11 – корпус; 12 – опорні призми; 13 – блок електродів

Процес, при якому відбувається перетворення хімічної енергії в електричну, називається розрядом, зворотний процес — зарядом.

Активними речовинами зарядженого акумулятора є: двоокис свинцю РbО₂ (темно-коричневого кольору) на позитивному електроді, губчатий свинець Рb (темно-сірого кольору) на негативному електроді і водний розчин сірчаної кислоти (H₂SO₄+H₂O) - електроліт, у якому містяться електроди. Якщо позитивний і негативний електроди з'єднати між собою через який-небудь споживач електричної енергії, наприклад лампочку (мал. 2.а), то через споживач (зовнішня ділянка ланцюга) і акумулятор (внутрішня ділянка ланцюга) почне протікати розрядний струм.

У процесі розряду акумулятора активна маса негативного і позитивного електродів перетвориться в сульфат свинцю PbSO₄. При цьому темно-сірий колір негативного електрода міняється на світло-сірий, а темно-коричневий позитивного — на світло-коричневий. Так як в процесі розряду на протікання реакцій витрачається сірчана кислота і утворюється вода, густина електроліту поступово зменшується.

У процесі заряду акумулятора (мал. 2.б) струм по ланцюгу протікає в протилежному напрямку. При цьому відбувається відновлення матеріалу пластин. Процес супроводжується збільшенням кількості сірчаної кислоти в електроліті, від чого густина його підвищується.

Рис. 2.16 Процеси, що відбуваються у свинцевому акумуляторі:

а — розряд; б — заряд.

Після повного відновлення активних речовин позитивних і негативних пластин густина електроліту перестає підвищуватися. Це служить ознакою кінця заряду акумулятора.

Наприкінці заряду також починається процес розкладання води на кисень і водень, що характеризується появою на поверхні електроліту пухирців газу. Цей процес називають «кипінням» електроліту

Хімічні зміни, що відбуваються при розряді-заряді у свинцевому акумуляторі, описуються рівнянням

РbО₂ + Pb + 2H₂SO₄ PbSO₄ + 2H₂O +PbSO₄

Заряджений стан акумулятора Розряджений стан акумулятора

Типи, загальні характеристики та умовні позначення акумуляторних батарей.

Свинцеві стартерні акумуляторні батареї підрозділяються на танкові, автомобільні і мотоциклетні.

Танкові та автомобільні акумуляторні батареї мають маркірування, що нанесене на перемички.

На кожній танковій та автомобільній батареях нанесені такі позначення:

товарний знак підприємства-виготовлювача;

тип і виконання батареї;

дата виготовлення (рік і місяць);

відповідний ГОСТ або ТУ;

знаки полярності: «+» (плюс) і «—» (мінус).

На автомобільні батареї, що заново розроблені, крім вказаного маркірування, наносяться номінальна ємність (в ампер-годинах), номінальна напруга (у вольтах) та розрядний струм (в амперах), якщо він більше 3 С₂₀ (С₂₀ — ємність батареї у 20-годинному режимі розряду) при температурі електроліту + 15°С.

Тип батарей визначається (6СТ-190ТР):

кількістю послідовно з'єднаних акумуляторів у батареї (3; 6 або 12), що характеризує її номінальну напругу (6; 12 або 24 В відповідно);

призначенням (СТ — стартерна);

номінальною ємністю під час 20-годинного режиму розряджання (А-год.);

Букви у кінці позначення типу батареї характеризують:

матеріал моноблоку (Е — ебоніт, Т — термопласт);

матеріал сепараторів (Р — міпор, М — міпласт, С— скловолокно);

серію (Н - нова).

У танкових акумуляторних батареях і автомобільної батареї типу 6СТ-190 знаки додатково наносяться на захисному щитку.

Крім того, на загальну кришку наносяться товарний знак підприємства-виготовлювача, знаки полярності («+» або «—»), дата виготовлення (рік, місяць) і позначення стандарту.

Приготування електроліту і приведення сухо заряджених акумуляторних батарей у робочий стан.

Електроліт готується в ебонітовому або іншому стійкому до сірчаної кислоти посуді.

Електроліт готують (12л на одну АБ типу 6СТ-190) із сірчаної кислоти (ГОСТ 667-73) і дистильованої води (ГОСТ 6709-72).

Під час приготування електроліту потрібно вливати кислоту у воду, а не навпаки, безперервно помішуючи розчин!

Електроліт потрібної густини готують безпосередньо з кислоти щільністю 1,83 г/см³. Проте під час безперервного вливання кислоти у воду розчин дуже сильно нагрівається (до 80° С і вище). Зручніше готувати електроліт потрібної густини із заздалегідь приготовленого розчину сірчаної кислоти густиною 1,40 г/см³ і дистильованої води.

Треба пам'ятати, що під час приведення АБ у робочий стан густина електроліту залежить від його температури. При збільшені температури на 15°С щільність електроліту зменшується на 0,01 г/см³, а при зменшені - навпаки. Тому після вимірювання щільності електроліту треба приводити її до температури +15°С, враховуючи величину поправки.

Порядок підготовки батареї для приведення в робочий стан:

зняти захисний кожух і кришку батареї;

вивернути пробки і зрізати на них виступи, що закривають вентиляційні отвори;

залити електроліт;

дати час для просякнення (2 години);

підзарядити.

Під час приведення великої кількості акумуляторних батарей у робочий стан необхідно мати запас електроліту потрібної густини і зберігати його при температурі не нижче 15°С (при нижчій температурі електроліту, що заливається, швидкість електрохімічної реакції в акумуляторах значно падає і привести батареї у робочий стан практично неможливо).

Заливання електроліту в акумулятори проводити до рівня на 10-15 мм вище запобіжного щитка, встановленого над сепараторами. Рівень електроліту заміряють за допомогою скляної трубки діаметром 3 - 5мм або груші зі спеціальним наконечником.

Температура електроліту, що заливається в АБ, повинна бути у межах І5...25°С. Залиті електролітом батареї залишаються на 2-3 години для просякання пластин. У ході просочування температура в акумуляторах зростає, а густина електроліту може знизитися на 0,02-0,05 г/см³, залежно від строку зберігання АБ у сухому стані.

Автомобільні акумуляторні батареї підлягають просякненню та під заряду не раніше ніж через 20 хв. і не пізніше, ніж через 2 години після заливання електроліту. Потім проводиться контроль густини електроліту. Якщо густина електроліту знизиться не більше ніж на 0,03 г/см³ проти густини електроліту, що заливається, батареї можна здавати в експлуатацію. Якщо ж густина електроліту знизиться більше ніж на 0,03 г/см³, батареї підлягають під заряджанню. Як правило, через 2 години після заливання батареї електролітом її ставлять на під зарядження

Через 2 години після вимкнення батарей з під заряджання потрібно встановити рівень електроліту в акумуляторах. Батареї, що здаються в експлуатацію безпосередньо після під заряджання, повинні мати рівень електроліту в акумуляторах на 15...17мм вище запобіжного щитка, оскільки зразу після закінчення заряджання у порах пластин є залишки газу, що не вийшов з акумулятора, і який викликає підвищений рівень електроліту. Протягом часу (1,5...2 год.) залишки газу випаровуються і рівень електроліту знижується до 10...12 мм над щитком.

Під час приведення АБ у робочий стан повинні контролюватися такі параметри:

густина і температура електроліту, що заливається;

час просочування;

густина, температура і рівень електроліту в кінці просочування;

величина струму заряджання;

час заряджання (без пауз на охолодження);

щільність, температура і рівень електроліту після заряджання.

Догляд за акумуляторною батареєю

1. Зберігати АКБ(акумуляторну батарею) необхідно при температурі повітря від 0 до+-25-30⁰С. Як відомо, густота кислотного розчину, або ж електроліту залежить від температури навколишнього середовища, як наслідок, при досягненні значень вище або нижче рекомендованих, змінюються його хімічні властивості, здатні порушити правильну роботу акумулятора і привести до передчасного виходу з ладу.

2 Клеми потрібно з регулярною періодичністю чистити розчином теплої водою з харчовою содою і змащувати солідолом, літолом, технічним вазеліном або трансмісійним маслом (краще ТАП або ТАД). Дана процедура відмінно нейтралізує окислення клем.

3. Перед зарядкою АКБ потрібно обов’язково перемішати електроліт в кожній банці АКБ (для чого треба використовувати оріометр з допомогою якого всмоктувати електроліт з банки, а потім видаляти під тиском в цю ж банку. Таку операцію треба провести з кожною із 6-ти АК АКБ), так як електроліт часто буває неоднорідний. Тому для найбільш якісної зарядки рекомендується стежити і за якістю кислотного розчину. Регулярна зарядка акумулятора з пошкодженим електролітом може досить швидко вивести АКБ з ладу.

4. Зарядка акумулятора проводиться або поза приміщенням, або в добре провітрюваному приміщенні. Робити це необхідно у зв’язку з виділенням АКБ гримучих газів (вибухово-небезпечних та отруйних для людей і тварин) в процесі зарядки.

5. Акумулятор, який зберігається в зарядженому стані, нехай навіть і абсолютно новий, необхідно обов’язково підзарядити через 2-3 місяці (але не пізніше), інакше він може прийти в непридатність. Виняток становлять так звані Long-Life акумулятори, термін зберігання яких становить 1 рік.

6. Якщо в необслуговуваний АКБ необхідно долити дистильовану воду, то слід вивернути пробки акумулятора за допомогою відповідної викрутки. Для цього потрібною викруткою необхідно проткнути пластмасову оболонку АКБ в місцях, де передбачаються насічки. Встромивши, – потрібно обертати пробку вліво до упору, а після – відгвинтити її рукою.

7. Так як при роботі АКБ утворюється гримучий газ, її не можна оглядати, «підсвічуючи» відкритим вогнем. Це може привести до вибуху.

8. Якщо ж все ж ваш акумулятор остаточно «розрядився» і не реагує на пі заряджання значить, аккумулятор вийшов з ладу. Але не здумайте просто викидати зіпсовану батарею. У ній міститься цілий ряд отруйних речовин, які можуть забруднити природу, та й просто нанести шкоду вашому здоров’ю, так що, залишити АКБ на зберігання в гаражі не требаю. Її треба здати до пункту утилізації в Вашому місті (районі).