860

Состояния пластин и электролита АКБ

Заряженное состояние

В процессе эксплуатации решетки положительных пластин постепенно становятся более тонкими, плохо проводят электрический ток и разрушаются. Нарушается электрический контакт решеток с активной массой, активная масса не вступает в химические реакции при зарядке и разряде, снижается разрядная емкость. При зарядке электролит в аккумуляторе рано закипает. Разрушение решеток положительных пластин является основной причиной выхода аккумуляторных батарей в эксплуатации.

1.4. Электролит

Электролит представляет собой водный раствор серной кислоты. Для приготовления электролита используется чистая аккумуляторная серная кислота. Кислота выпускается по ГОСТ 667-73 первого и высшего сортов. Кислота высшего сорта имеет меньше примесей и соответственно дороже. На заводе кислота выпускается плотностью 1,4 г/см3 и поставляется в стеклянных бутылях. Дистиллированная вода приготавливается в дистилляторах путем перегонки обычной водопроводной воды по ГОСТ 6709-72.

Перед заливкой в аккумуляторы кислота разбавляется водой до нужной плотности путем долива кислоты в воду (табл. 2). Плотность устанавливается с точностью 0,01 г/см3.

Для холодного климата плотность устанавливается выше, чтобы предотвратить замерзание электролита разряженной батареи и разрушение корпуса. Для жаркого климата плотность ниже. Это снижает коррозионное действие кислоты и увеличивается срок службы батареи.

Электролит наливают на уровне 10...15 мм выше предохранительной сетки. Во время эксплуатации контролируют уровень электролита в заряженном состоянии батареи и при необходимости доливают дистиллированную воду.

Таблица 2

13

Рекомендуемая плотность электролита в различных климатических районах

1.5. Характеристики батарей

Аккумуляторные батареи оцениваются по следующим параметрам: номинальная разрядная емкость, стартерная разрядная емкость, ток холодной прокрутки, внутреннее сопротивление, электродвижущая сила (ЭДС) и напряжение. Технические характеристики АКБ приведены в табл. 3.

Номинальная емкость С20 определяется в стандартном режиме разряда: время разряда 20 часов, температура батареи 25 ОС и разряд заканчивают при достижении напряжения допустимой величины 10,5 В для батареи из 6 аккумуляторов.

Стартерная емкость определяется за время разряда 3 минуты или при разряде батареи током 3С20. Разряд производится при температуре минус 18 градусов от начального напряжения 12 В до конечного 6 В .

Разрядная емкость аккумуляторной батареи отражает количество электричества в ампер-часах, которое батарея отдает в нагрузку. Емкость определяется как произведение тока разряда на время разряда батареи. Единица измерения емкости подобрана для удобства пользователя: зная ток потребителя в амперах легко найти допустимое время его подключения в часах разделив емкость на величину тока.

Разрядная емкость батареи зависит от количества активной массы: чем больше емкость, тем больше нужно активной массы и тем больше размеры батареи и ее вес.

Разрядная емкость зависит от величины тока разряда и температуры аккумулятора.

При больших разрядных токах электролит быстро расходуется в порах пластин и новые порции электролита не успевают проникать внутрь. В результате внутренние слои пластин остаются не прореагировавшими, а наружные слои покрываются сернокислым свинцом. Снижается разрядная емкость и повышается внутреннее сопротивление батареи. Поэтому для

14

аккумуляторных батарей вводят важный показатель – стартерная разрядная емкость.

Ток холодной прокрутки является дополнительным показателем, отражающим стартерные свойства батареи. Он замеряется при температуре минус 18 градусов и отражает максимальный ток, при величине которого напряжение на выводах батареи не падает ниже 7,2 В в течение 30 с. разряда.

ЭДС аккумуляторной батареи замеряется в вольтах и равна разности потенциалов на клеммах батареи без нагрузки. ЭДС батареи равна сумме ЭДС всех последовательно соединенных аккумуляторов. ЭДС аккумулятора зависит от плотности электролита:

Е = 0,85 + р,

где р – плотность электролита, в г/см3.

Напряжение батареи равно разности потенциалов на ее клеммах при подключенной нагрузке.

Напряжение и ЭДС замеряются вольтметром с большим внутренним сопротивлением. При разряде напряжение на клеммах батареи меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении батареи r:

UБ = Е – Ir,

где I – ток разряда.

При заряде батареи напряжение больше ЭДС.

Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи складывается из сопротивления всех деталей, по которым проходит электрический ток: клемм, перемычек, решеток пластин, активной массы, сепараторов и электролита. По металлическим проводникам ток проходит в виде электронов, по электролиту ток проходит в виде ионов. Внутреннее сопротивление стартерного аккумулятора составляет менее сотой доли ома и при его изготовлении прилагают все усилия для уменьшения сопротивления.

Характеристики аккумулятора зависят от его температуры.

При снижении температуры уменьшаются скорости химических реакций и увеличивается внутреннее сопротивление батареи. Одновременно возрастает вязкость электролита, он плохо проникает в поры пластин и аккумулятор хуже работает в стартерном режиме разряда.

Отдых аккумуляторной батареи широко используется водителями автомобилей особенно в зимнее время. Для отдыха от аккумулятора просто отключают нагрузку и дают выдержку в течение 20, 30 с и более. Во время отдыха электролит успевает глубоко проникнуть в поры пластин, выравнивается плотность электролита. При следующем включении батареи в химические реакции вовлекаются внутренние слои активной массы, которые без отдыха так и остаются не прореагировавшими.

15

Мощность аккумуляторной батареи представляет собой полезную мощность, отдаваемую батареей в нагрузку. Определяется как произведение напряжения на клеммах батареи на величину тока, измеряется в ваттах. Часть мощности, вырабатываемой химическим источником тока, теряется внутри самой батареи и тратится на ее нагрев. В зимнее время нагрев батареи приводит к росту температуры активной массы и электролита и за счет нагрева батарея потом лучше работает в стартерном режиме разряда. Это свойство батареи используется на практике. Перед пуском двигателя в очень холодную погоду водитель включает на несколько минут ближний свет фар, а затем уже включает стартер.

Вольт-амперная характеристика батареи представляет собой за-

висимость напряжения на ее клеммах UБ от тока разряда I. АКБ обладает внутренним сопротивлением и по мере увеличения тока разряда напряжение на выводах батареи снижается (рис. 2). Снижение напряжения UБ про-

UБ, В

ЕБ

UБП

Рис 2. Вольт–амперная характеристика батареи

исходит на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении батареи:

UБ = rI.

Для построения вольт-амперной характеристики используют две экспериментальные точки. Первая точка - ток разряда I=0 и напряжение на выводах батареи равно ЭДС - ЕБ. Вторая точка соответствует некоторому значению тока батареи I=IП и напряжению на выводах UБП:

UБП = ЕБ – IПr.

По известным значениям ЕБ , UБП и IП вычисляется величина внут-

IК = ЕБ/r.

Ток короткого замыкания отражает максимальную силу тока, который может выработать АКБ при замыкании клемм накоротко проводником с нулевым сопротивлением.

16

Вольт-амперная характеристика позволяет подсчитать мощностной баланс батареи.

Энергию в АКБ вырабатывает химический источник энергии и основная ее часть передается в нагрузку, а часть расходуется на нагрев батареи.

Мощность химического источника энергии равна произведению

и потери мощности на нагрев батареи соответствуют произведению падения напряжения на внутреннем сопротивлении батареи на значение раз-

рядного тока:

РП = (Ir)I = I2r.

Распределение мощности, вырабатываемой химическим источником энергии, зависит от тока разряда батареи (рис.3).

Р,

кВт

PП PХ

Рис.3. Мощностной баланс батареи

Химический источник энергии вырабатывает максимальную мощность при токе короткого замыкания, но вся она расходуется на нагрев батареи, максимальная полезная мощность батареи достигается при токе разряда, равном половине тока короткого замыкания.

Плотность электролита батареи отражает степень ее разряженности. Чтобы определить степень разряженности батареи по величине замеренной плотности pИ, нужно знать плотность ее электролита в заряженном состоянии pЗ и полностью разряженном pР. В заряженном состоянии плотность электролита выбирается по данным табл. 2 в соответствии с климатической зоной эксплуатации. В полностью разряженном состоянии плотность электролита составляет для его начальной плотности в заряженном со-

стоянии 1,28 – 1,11, 1,30 – 1,12 и 1,23 – 1,05 г/см3.

17

метра нанесены зоны: зона зеленого цвета соответствует напряжению исправного аккумулятора.

Современные батареи не имеют доступа к отдельным аккумуляторам и для их проверки применяются специальные пробники Э107 и др. Эти пробники подключаются к клеммам всей батареи. Вольтметр пробника рассчитан на напряжение батареи и без нагрузки измеряется ЭДС всей батареи. Для подключения нагрузки затягивают контактную гайку и подключают два, расположенных внутри, нихромовых мощных резистора. Батарея считается исправной, если в течение 5 с напряжение на ее выводах не упадет ниже 8,9 В.

Аккумуляторная батарея испытывается отдельно на стенде. Все соединительные провода большого сечения на стенде выполнены снаружи и это позволяет быстро ознакомиться со схемой подключения батареи (рис. 4).

RШ

A

Рис.4. Принципиальная схема подключения батареи на стенде:

V - вольтметр; A - амперметр; RШ - шунт; RН – нагрузочный резистор

Измерительные приборы – вольтметр V и амперметр А установлены на передней панели стенда и снабжены соответствующими надписями. Провода от вольтметра подключены непосредственно к клеммам батареи. В цепь батареи установлен последовательно стандартный шунт Rш. При прохождении через него тока величиной 500 А на нем образуется падение напряжения 75 мВ. Именно это напряжение подается к измерительному прибору А и соответствует полному отклонению стрелочного указателя.

Аккумуляторная батарея устанавливается на отдельном кронштейне с правой стороны стенда и подключается стандартными клеммами.

Нагрузочный резистор Rн выдается преподавателем. Он подбирается в пределах 0,01-0.03 Ом и устанавливается на поворотном столе стенда. Допускается вместо нагрузочного резистора подключать электрический стартер в режиме полного торможения.

20

Нанести на график две точки: ток нагрузки равен нулю (I=0) и разность потенциалов на клеммах равна ЭДС (ЕБ ), ток нагрузки равен измеренной величине IП при подключенном нагрузочном резисторе и напряжении на клеммах UБП. Через эти точки провести прямую линию и найти графически ток короткого замыкания IК.

Рассчитать внутреннее сопротивление батареи по формуле (1).

Для исправной аккумуляторной батареи внутреннее сопротивление составляет около 0.01 Ом.

Построить мощностной баланс батареи (см. рис.3). При построении баланса использовать ту же шкалу тока батареи, что и для вольт-амперной характеристики.

Сначала рассчитать максимальную мощность химического источника энергии РХ по формуле (2), подставляя значение тока короткого замыкания батареи, и определить размер шкалы мощности батареи. Затем построить шкалу, нанести полученную точку на график и соединить линией с началом координат. Эта линия будет отражать зависимость мощности химического источника батареи от величины тока нагрузки.

Затем по формуле (3) рассчитать полезную мощность батареи РН, отдаваемую в нагрузку, для 6-ти значений тока равномерно расположенных на оси абсцисс. Полученные значения точек нанести на график и обвести плавной кривой. Кривая по форме должна соответствовать параболе.

На основании полученных значений степени заряженности батареи и внутреннего сопротивления сделать письменное заключение о техническом ее состоянии.

Контрольные вопросы

1.Как определить ЭДС аккумулятора по плотности электролита?

2.Почему в процессе разряда внутреннее сопротивление аккумулятора возрастает?

3.Из каких составляющих складывается полное внутреннее сопротивление аккумулятора?

4.Чему равна электрическая емкость шести последовательно соединенных аккумуляторов?

5.В каком режиме разряда определяется стартерная емкость АКБ?

6.Почему стартерная емкость батареи меньше номинальной?

7.Почему стартерная емкость батареи 6СТ-60 меньше, чем у 6СТ-55?

8. Как называется батарея 6СТ-190А и какие конструктивные особенности она имеет?

9. Какие конструктивные особенности имеет заливная пробка АКБ ?

22