книги из ГПНТБ / Можаев В.Н. Электрооборудование колесных и гусеничных машин учебное пособие

-лем окончания зарядки является постоянство напряжения и плот­ ности электролита в течение одного-двух часов зарядки.

Емкость аккумулятора. Количество электричества, отдаваемое

.аккумулятором при разрядке, характеризует емкость аккумуля­ тора, измеряемую в ампер-часах. Величина емкости может быть определена как произведение разрядного тока на время разряд­ ки, а в случае изменения величины разрядного тока емкость равна-

t — время разрядки в я.

Величина емкости свинцово-кислотного аккумулятора зависит чот следующего:

—количества веществ, участвующих в реакции;

—плотности электролита;

—саморазряда;

—температуры аккумулятора;'

—величины разрядного тока;

—характера нагрузки: длительная или кратковременно-по­ вторная.

Количество веществ, участвующих в реакции при разрядке, в свою очередь зависит от геометрических размеров пластин, их количества и пористости. Так, для получения электричества, рав­ ного ампер-часу, необходимо 4,463 г двуокиси свинца, 3,86 г свин­ ца и 3,66 г серной кислоты. Однако в аккумуляторе содержится веществ значительно больше, чем теоретически необходимо, и ко­ эффициент использования веществ в свинцово-кислотных стартер­ ных аккумуляторах достигает 0,25—0,30. В аккумуляторах с тон­ кими пластинами он выше, но срок службы таких аккумуляторов несколько меньше.

В аккумуляторе с тонкими пластинами облегчается доступ электролита, в поры действующих веществ, благодаря чему ем­ кость его при больших разрядных токах больше, чем в аккуму­ ляторах с толстыми пластинами.

При десятичасовом разрядном режиме в реакциях участвуют 50—60% активной массы отрицательных и 40—50% активной массы положительных пластин, при стартерном режиме — не бо­ лее 10—15% (табл. 1).

Емкость аккумулятора зависит от плотности электролита, т. е. количества молекул кислоты, участвующих в химическом процес­ се при зарядке. Увеличение плотности электролита несколько по­ вышает емкость, так как в порах пластин лучше восстанавливает­ ся концентрация, т. е. интенсивнее замещается образовавшаяся вода при разрядке. Оптимальная плотность— 1,285 г/ши3. Даль-

10

н.ейшее ее увеличение не дает положительных результатов, так как емкость снижается вследствие уменьшения емкости отрица­ тельных пластин.

Емкость свинцово-кислотного аккумулятора в значительной мере обусловлена температурным режимом, так как при измене­

Чем больше разрядный ток, тем меньше емкость. Объясняется это тем, что при большом разрядном токе большее количество веще­ ства пластин подвергается химической реакции в единицу вре­ мени, больше кислоты должно

грузку, то емкость аккумулятора окажется больше, так как «от­ дых» позволяет кислоте продиффундировать в пластину глубже.

Саморазряд. Под понятием «саморазряд» подразумевается по­ теря аккумулятором части электрической энергии в период без­

11

действия. Причинами саморазряда являются местные токи, появ­ ляющиеся на поверхности электродов или между решеткой и ак­ тивной массой пластин. Местные токи возникают как вследствие разности потенциалов РЮ 2, РЬ и Sb, так и вследствие разности концентрации электролита у верхних и нижних частей электродов.

Саморазряд зависит от температуры электролита; чем она вы­ ше, тем саморазряд больше, и наоборот. Установлено, что он бли­ зок к нулю при — 15°С. Величина саморазряда резко изменяется в диапазоне температур от % 5' до -f- 10°С.

При температуре -%20°С первые три дня после зарядки само­ разряд аккумуляторных батарей достигает 1% в сутки и в тече­ ние остального времени уменьшается. За 15 суток хранения акку­ муляторы теряют 7,5%, а за 30 суток — 9% заряда. При 30 сутках хранения средний саморазряд составляет 0,3% в сутки.

В зависимости от срока службы аккумуляторной батареи в го­ дах средний суточный саморазряд при 30 сутках хранения изме­ няется так: 1 год — 0,2%; 2 года — 0,35%; 3 года — 0,45%; 4 го­ да — 0,6 %; 5 лет — 0,8%.

Наиболее интенсивно саморазряду подвергаются отрицатель­ ные электроды, где свинец, серная кислота и ионы водорода обра­ зую гальванический элемент, при разрядке которого выделяющий­ ся водород содействует образованию сульфата свинца.

На положительном электроде двуокись свинца, свинец решетки и серная кислота образуют коротко замкнутый элемент, в связи с чем усиливается саморазряд.

Кроме внутреннего саморазряда, аккумуляторы могут разря­ жаться по внешней загрязненной поверхности крышек.

Коэффициент отдачи аккумулятора. Количество электрической энергии, необходимой для зарядки аккумулятора, больше того, которое аккумулятор отдает при разрядке. Это объясняется тем, что часть энергии затрачивается на необратимые химические ре­ акции и часть на джоулево тепло. Качество аккумулятора оцени­ вается коэффициентом количественной отдачи по ампер-часам или по энергии.

Коэффициент отдачи t}q по ампер-часам, т. е. по количеству

электричества, равен отношению количества ампер-часов Qp, по­ лученных при разрядке, к ампер-часам, затраченным при зарядке

Q*.

и

Для свинцово-кислотных аккумуляторов ^ ^ 0 , 8 -е 0,85, при кратковременном циклировании — 0,95.

12

Коэффициент отдачи ч\э по энергии представляет отношение ватт-часов, отданных аккумулятором при разрядке Whp, к ваттчасам, затраченным при зарядке Wh3:

%

Пpipdt

_ ш р

ъWha

U3Ld t

о

Коэффициент ватт-часовой отдачи свинцово-кислотного ак­ кумулятора 0,68-^0,70. Он ниже коэффициента ампер-часо­ вой отдачи, так как разрядное напряжение ниже зарядного.

В табл. 1 приведены данные по свинцово-кислотным аккумуля­ торным батареям: номинальной емкости QH при десятичасовом разрядном режиме, т. е. при разрядном токе, равном 0,1 QH, тем­ пературе -фЗО°С, плотности электролита 1,285 г/см3 и при разряд­ ном напряжении 1,7 в к концу десятого часа разрядки; стартер­ ной емкости аккумуляторных батарей при разрядном токе, чис­ ленно равном 3 QH, при температурах -f-30' и — 18°С, времени разрядки 5,5 и 2,25 мин и снижении напряжения до 1,5 в и 1 в соответственно.

Конструкция стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

В связи с тем, что бортовая сеть автомобиля, арттягача или танка имеет номинальное напряжение 12 или 24 в, свинцово-кис­ лотные аккумуляторы соединяют в батареи. Аккумуляторные ба­ тареи имеют 3, 6 или 12 аккумуляторов, последовательно соеди­ ненных между собой. Конструктивно каждая такая батарея со­ стоит из моноблока с отсеками для аккумуляторов или из отдель­ ных баков, монтированных в деревянном ящике. Материал баков кислотостойкий: эбонит, винипласт или полистирол. Моноблоки изготовляют из эбонита или асфальтопековой пластмассы с кисло­ тостойкими вставками. Каждый бак или отсек моноблока имеет самостоятельную крышку, изготовленную из эбонита, асфальтопе­ ковой массы или винипласта.

Пластины аккумулятора. Основой пластины является решетка, отлитая из свинцово-суромянистого сплава (РЬ — 94% и Sb — 6% ). Присадка сурьмы повышает литейные качества свинца, т. е. повышает его текучесть и заполнение литейных форм. Кроме того, такой сплав менее интенсивно подвергается процессу формирова­ ния под действием электрического тока. Сурьма повышает жест­ кость сплава, понижает температуру плавления, уменьшает коэф­ фициент линейного расширения.

13

Т а б л и ц а 1

Характеристика свинцово-кислотных стартерных аккумуляторных батарей

П р и м е ч а н и е : * При 5-минутнэм разрядном режиме.

**При 2,25-минутном разрядном режиме.

***Показатель емкости (140) относится к 20-часовому разрядному режиму.

Однако присадка сурьмы имеет и отрицательные качества: у сплава удельное сопротивление больше, чем у свинца; примесь сурьмы повышает саморазряд аккумулятора; повышается газовыделепие у отрицательных пластин. Это происходит в результате того, что при каждой зарядке небольшие количества сурьмы пере­ носятся с положительных на отрицательные пластины, где возни­ кают местные токи.

Решетку пластин заполняют пастой из свинцовых окислов. Для положительных пластин используют свинцовый сурик и свинцо­

крепление пасты в решетке положительных пластин. Для отрица­ тельных пластин пасту приготовляют из свинцового порошка с до­ бавлением расширителей: гуминовой кислоты, сернокислого ба­ рия, хлопковых очесов и сажи. Порошок содержит 60—75% РЬО. Существует технология, при которой решетку положительных пла­ стин также заполняют свинцовым порошком.

Расширители предотвращают уплотнение и отвердевание губ­ чатого свинца отрицательных пластин и тем самым препятствуют уменьшению емкости при эксплуатации. Количество расширителей очень незначительное и не превышает 0,12—0,36% всей пасты. Решетка пластин заполняется специальными машинами, которые не только производят намазку пластин, но и уплотнение пасты в ячейках решетки.

Свеженамазанные отрицательные пластины из свинцового по­ рошка сушат, как и положительные, но они могут идти с частич­ ной подсушкой на формирование током. Перед сушкой пластины погружают в раствор углекислого аммония на 2—3 мин., что устраняет усадку и растрескивание пасты при сушке.

При формировании пасты пластин объем активного материала значительно изменяется, так как сульфат свинца имеет плотность- 6,3 г/см3, свинец— 11,3 г/см3, а перекись свинца — 9 г/см3. В ре­ зультате формирования повышается пористость пластин, что обес­ печивает больший доступ электролита в глубину пластин.

При формировании пластин величина напряжения изменяется: вначале она равна примерно 2,3 в, затем, по мере формирования, повышается до 2,45 в. Изменение напряжения вызывается изме­ нением сопротивления веществ, составляющих активную массу пластин.

После формирования положительные и отрицательные пласти­ ны подвергают высушиванию и в сухом виде хранят. Однако про­ сушивание отрицательных пластин в заряженном состоянии на воздухе недопустимо вследствие интенсивного окисления свинца. Поэтому высушивание проводят в инертной среде сухим паром или в присутствии углекислого газа. Такие пластины называют сухозаряжен-ными; аккумуляторы, собранные из таких пластин, способны после заполнения их электролитом соответствующей плотности отдавать до 75—80% номинальной емкости.

15

мером необходимо вносить поправку 0,01 г/см3 на 15 °С, суммируя ее с показаниями ареометра, если температура измеряемого элект­ ролита выше 20 °С и наоборот. 4 Высота уровня электролита над предохранительным щитком в аккумуляторе 10— 15 мм.

В аккумуляторных батареях могут применяться крышки с ав­ томатической установкой уровня электролита. Перед заливкой электролита в них необходимо удалить стержень из вентиляцион­ ного отверстия, вывернуть пробку и надеть ее на штуцер венти­ ляционного отверстия; электролит налить до уровня 15—20 мм> ниже верхнего края горловины. Затем необходимо установить на свои места пробки. В аккумуляторных батареях типов

6СТ-68-ПМС, ЗСТ-135-ПМС, ЗСТ-70, ЗСТ-84, ЗСТ-98 и ЗСТ-195

необходимо удалить герметизирующую пленку с полиэтиленовых пробок, вывернуть пробки и электролит налить до нижнего торца тубуса горловины, т. е. на 10—15 мм выше предохранительного щитка. Пластины аккумулятора должны хорошо пропитаться электролитом, на что требуется после заливки электролита три часа.

Если температура электролита не превышает 30°С, то акку­ муляторную батарею заряжают током в соответствии с ее ем­ костью. Величина зарядного тока численно равна 0,1 QH.

Аккумуляторы с сухими заряженными пластинами при хоро­ шей герметизации способны длительное время (до двух лет и бо­ лее) сохранить заряд. В случае крайней необходимости ускорить зарядку разрешается увеличить в начале зарядки ток до 0,15(?н и продолжать зарядку до напряжения 2,4 в, после чего снизить ток до 0, 10QH и продолжать зарядку до ее окончания, т. е. до постоянства напряжения и плотности электролита в течение трех часов.

В зависимости от срока, прошедшего со времени выпуска ба­ тарей заводом, отрицательные пластины имеют различную степень окисления. При заливке электролита в аккумуляторы с большим сроком хранения температура электролита повышается больше, а его плотность снижается сильнее. Зарядка таких аккумуляторов более длительна.

В особых случаях возможен ввод в эксплуатацию аккумуля­ торной батареи после пропитки ее пластин в течение трех часов без предварительной зарядки, но только в том случае, если плот­ ность электролита не понизилась более чем на 0,03 г/см3.

Зарядка стартерных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

Зарядку аккумуляторов производят от источника постоянного тока. Зарядка может происходить при постоянной величине за­ рядного тока /3 = const, или при постоянном значении напряже­ ния источника электроэнергии Ua — const, или при комбинирован­ ном способе, когда ток и напряжение изменяются в. заданных пре­

18

Третий способ применяется на зарядных станциях и ограничен­ но на транспорте.

Зарядка при постоянном напряжении. Идеальной зарядкой свинцово-кислотных аккумуляторов принято считать такую, при которой величина зарядного тока уменьшается по мере зарядки настолько, чтобы зарядка проходила без газовыделения (рис. 4).; В этом случае повышается срок службы аккумуляторов, умень­ шается их нагрев при зарядке, повышается коэффициент полез­ ного действия всего зарядного устройства.

Такую идеальную зарядку возможно получить, если ток будет

где 4 - зарядный ток в а;

А— количество а-ч, отданных аккумулятором к началу за рядки;

е — основание натуральных логарифмов; t — время зарядки в ч.

затели, не получила применения вследствие сложности регулиро­ вания; достаточно близкие результаты получают при зарядке с по­ стоянным потенциалом, поддерживание которого сравнительно легко осуществить.