АТЭ. Курс лекций-АКБ

ЭЛ Е К Т Р О О Б О Р У Д О В А Н И Е А В Т О М О Б И Л Е Й И Т Р А К Т О Р О В

ТЕ Н Д Е Н Ц И И Р А З В И Т И Я Э Л Е К Т Р О О Б О Р У Д О В А Н И Я

1.Увеличение количества и мощности потребителей электроэнергии на автомобилях

итракторах в связи с требованиями по повышению безопасности, улучшению комфорта, облегчению управления и снижению вредных выбросов в атмосферу.

2.Увеличение ресурса работы изделий автотракторного электрооборудования (АТЭ) до 400…500 тыс. км пробега.

3.Повышение объѐмов производства изделий АТЭ в связи с увеличением объѐма производимых в РФ и СНГ автомобилей и тракторов для поставки на первичный рынок (конвейер) и вторичный рынок запасных частей.

4.Повышение качества и надѐжности современных изделий АТЭ для соответствия мировым требованиям автомобилестроения.

5.Унификация (взаимозаменяемость) отечественной продукции с импортными комплектующими.

6.Разработка современных систем электрооборудования, обеспечивающих безопасность, комфорт, оптимальные режимы работы двигателя, надежное энергоснабжение бортовых систем.

Электрооборудование автомобилей и тракторов подразделяется на шесть систем:

1.Система пуска – предназначена для запуска двигателя внутреннего сгорания и состоит из аккумуляторной батареи (АКБ), электрического стартера и аппаратуры управления, в которую входят реле, средства облегчения пуска.

2.Система электроснабжения – предназначена для питания потребителей электроэнергии, в том числе заряда АКБ и состоит из АКБ, генератора и регулирующих устройств.

3.Система зажигания – предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя и состоит из АКБ и генератора, катушки зажигания, прерывателя-распределителя, различных дополнительных устройств, а также свечей зажигания.

4.Система информации и контроля – предназначена для измерения, контроля и сигнализации режимов работы двигателя и автомобиля или трактора в целом. Состоит из контрольно-измерительных приборов, а также сигнальных индикаторов, внутри салона, оповещающих водителя и пассажиров.

5.Система освещения и сигнализации – предназначена для освещения рабочих участков дороги и прилегающей местности и сигнализации о предполагаемых манѐврах. Состоит из головных, противотуманных и выносных фар, габаритных фонарей, поворотных фонарей, тормозных фонарей и фонарей заднего хода.

6.Вспомогательные системы (дополнительное электрооборудование) – предназначаются для управления и электрозащиты агрегатов электрооборудования для облегчения управления и комфорта и т.д. Состоит из проводов, предохранителей, реле, переключателей и т.п.

Особенности построения схемы электрооборудования:

1.Однопроводность – вторым (обратным) проводом является масса транспортного средства.

2.Генератор и аккумуляторная батарея включены параллельно для обеспечения бесперебойности работы двигателя.

П Р И Н Ц И П И А Л Ь Н А Я С Х Е М А Э Л Е К Т Р О О Б О Р У Д О В А Н И Я А В Т О М О Б И Л Е Й И Т Р А К Т О Р О В

РН

ВЗ ВЗ

Р А Б О Т А П Р И Н Ц И П И А Л Ь Н О Й С Х Е М Ы

При неработающем двигателе внутреннего сгорания (ДВС) питание всех потребителей осуществляется от аккумуляторной батареи. Сильноточные и стояночные потребители питаются только от АКБ.

При пуске электростартер питается только от АКБ и потребляет ток от 300 до 2000А в зависимости от его мощности и условий пуска. После пуска с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивается частота вращения вала генератора и растѐт его напряжение. Как только напряжение генератора начинает превышать напряжение АКБ, потребители электроэнергии питаются от генератора, а АКБ начинает заряжаться.

Регулятор напряжения поддерживает постоянство регулируемого напряжения

О Б Щ И Е Т Р Е Б О В А Н И Я К Э Л Е К Т Р О О Б О Р У Д О В А Н И Ю А В Т О М О Б И Л Е Й И Т Р А К Т О Р О В

ГОСТ Р 52230-2004. Электрооборудование автотракторное. Общие технические условия.

В соответствии с ГОСТ 3940-84:

1.Номинальное напряжение системы электрооборудования: 6, 12, 24В – для потребителей электроэнергии на борту. Для генераторов как источника соответственно: 7, 14, 28В.

2.Изделия выполняются в однопроводной системе. «Минус» источников соединен с массой.

3.Изделия электрооборудования могут быть выполнены в следующих конструктивных исполнениях:

«У» - умеренный климат; «ХЛ» - холодный климат; «Т» - тропическое исполнение; «О» - общее климатическое исполнение.

АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Назначение: аккумуляторные батареи (АКБ) предназначены для питания всех потребителей электроэнергии при неработающем двигателе, а также для совместного питания потребителей с генератором, когда мощность генератора недостаточна для подключенной нагрузки.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К АВТОТРАКТОРНЫМ АКБ

1.АКБ должны иметь минимальное внутреннее сопротивление для обеспечения стартерного тока большой силы

2.Малый саморазряд, т.е. потеря емкости при бездействии батареи

3.Достаточная работоспособность в широком диапазоне температур (от - 40 С до + 50 С)

4.Достаточная емкость при минимальных массе и габаритах

5.Достаточный срок службы (от 2-х до 9-ти лет)

6.Небольшая стоимость и трудоемкость при производстве и эксплуатации.

Наибольшее распространение в автотракторной технике получили свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.

Преимущества:

-минимальное внутреннее сопротивление;

-малая себестоимость.

Недостатки:

- низкая работоспособность при температурах -30 С; - невысокий срок службы (от 2 до 6 лет). Классификация батарей:

1.По роду электролита: а) с кислотным, б) щелочным;

2.По типу применения: а) автомобильные, б) Heavy Duty для тракторов и грузовиков, в) мотоциклетные.

КОНСТРУКЦИЯ СТАРТЕРНОЙ СВИНЦОВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

ПРИНЦИП РАБОТЫ СВИНЦОВО-КИСЛОТНОГО АККУМУЛЯТОРА

При производстве аккумуляторной батареи на решѐтке пластин наносится активная масса, состоящая из свинцового порошка, замешанного с раствором серной кислоты. В активную массу отрицательных пластин добавляется расширитель. После формирования (т.е. первого заряда) на пластинах образуются диоксид свинца PbO2 на положительной пластине и свинец Pb на отрицательной пластине в растворе серной кислоты.

На отрицательной пластине вследствие диссоциации образуется положительный ион свинца Pb++ и образуется избыток электронов. Поэтому потенциал пластины становится отрицательным по отношению к электролиту.

На положительной пластине в растворе серной кислоты происходит образование 4-х валентных ионов свинца и ионы гидроксида OH−. В растворе происходит диссоциация серной кислоты и воды.

Отрицательная пластина связана с положительной пластиной через электролит при разряде на потребители. Поэтому отрицательные электроны с отрицательной пластины переходят на положительную пластину и 4-х валентный свинец Pb++++ превращается в 2-х

валентный Pb++. И на положительной и на отрицательной пластинах образуется сульфат свинца в виде белого налѐта, который отлагается на пластинах. В растворе получается практически вода.

Плотность электролита в полностью заряженном аккумуляторе составляет:

з = 1,25…1,30 г/см3

(в зависимости от климатических условий: для умеренного климата - 1,25…1,30 г/см3) Плотность электролита в полностью разряженном аккумуляторе составляет:

з = 1,09…1,14 г/см3

При заряде за счѐт подвода электроэнергии извне (от генератора, зарядного устройства и т.д.) сульфат свинца PbSO4 на положительных и отрицательных пластинах восстанавливается до первоначальных веществ. А в электролите образуется раствор серной кислоты, плотность которого повышается от з = 1,09…1,14 г/см3 и достигает значений з = 1,25…1,30 г/см3.

Таким образом, получается обратимый процесс. Конец заряда внутри аккумулятора определяется по постоянству плотности и напряжения в течение 2-х часов. При заряженной батарее наблюдается разложение воды на ионы Н и О2, так называемое кипение.

Все электрохимические процессы, происходящие в аккумуляторе, происходят на границе раздела активной массы пластин. Поэтому для повышения характеристик батареи активная масса пластины выполняется пористой. Из-за наличия пористости и изменении пористости в процессе разряда и заряда возникают диффузионные ограничения, т.е. плотность электролита может отличаться у поверхности пластин и в глубине пор. Характеристики аккумулятора при различных температурах и токах разряда из-за диффузионных ограничений будут нелинейными.

Изменение напряжения аккумулятора во времени при заряде и разряде

1 – Заряд; 2 – Разряд

Ёмкость при разряде – количество электричества, выраженное в ампер-часах, которое можно получить от батареи при данных условиях разряда (температура, сила тока разряда, плотность электролита) до определенного значения напряжения батареи.

Ср = Ip p, где:

Ср – емкость батареи при разряде, А ч; Ip - ток разряда, А;

p – время разряда, ч.

Ёмкость при заряде – количество электричества, выраженное в ампер-часах, полученное при заряде:

Сз = Iз з, где:

Сз – емкость батареи при заряде, А ч; Iз - ток заряда, А;

з – время заряда, ч.

Ёмкость зависит от следующих факторов:

-количество и состав активных материалов, коэффициент их использования;

-сила тока разряда;

-температура при разряде;

-конструкции и износа пластин и др.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВИНЦОВЫХ СТАРТЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

ГОСТ 959-2002

«Батареи аккумуляторные свинцово-стартерные, напряжением 12В для автотракторной и мотоциклетной техники» (действовал с 1 июля 2003 до 1 июля 2009).

ГОСТ Р 53165-2008

«Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия» (действующий).

Резервная ёмкость, мин

RС = время разряда постоянным током 25А до конечного напряжения 10,50В при температуре

+25 С

В новом ГОСТ Р 53165-2008 дополнительно приводятся понятия фактической 20-часовой емкости и фактической резервной емкости

Ток холодной прокрутки (Iхп), А – сила тока, указанная изготовителем батареи, при температуре электролита – 18 С в заданных условиях

Стартерный разряд батареи по ГОСТ 959-2002 и ГОСТ Р 53165-2008

Расход воды, г/1А ч – уменьшение массы батареи при перезаряде в течение определѐнного времени при постоянном напряжении 14,4В при температуре +40 С

Саморазряд потеря ѐмкости при бездействии. Контроль: напряжение батареи на 30 секунде током 0,6 Iхп при температуре 18 С

Срок службы

Средний срок службы аккумуляторных батарей определяется продолжительностью эксплуатации (пробег или моточасы) до момента снижения емкости ниже 40% от номинальной или продолжительности стартерного разряда менее 1,5мин. при температуре +25оС током 0,6 Iхп до конечного напряжения 9,0В.

КОНСТРУКЦИЯ И ИЗНОС ПЛАСТИН

В стартерных батареях применяются тонкие пластины для уменьшения внутреннего сопротивления самой пластины, а также для полублоков пластин. В процессе срока службы происходит коррозия решѐток пластин, осыпание или оползание массы положительных и отрицательных пластин. Соответственно ѐмкость изношенного аккумулятора становится меньше по сравнению с новым аккумулятором.