Лабораторная работа № 1 Аккумуляторные батареи

Цель работы: изучить типы, конструкцию и работу свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Усвоить безопасные приемы работы с аккумуляторными батареями, другим оборудованием и стендами в лаборатории автотракторного электрооборудования. Научиться проводить техническое обслуживание и проверку аккумуляторов.

Материальное обеспечение и пособия: свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, плакаты, макеты, нагрузочные вилки, денсиметры (ареометры), трубки контроля уровня электролита в аккумуляторах, резиновая груша с эбонитовым наконечником, выпрямитель для зарядки аккумуляторных батарей.

1. Общие сведения

На тракторах и автомобилях, за исключением энергонасыщеных тракторов, применяется 12-ти вольтовое по напряжению электрооборудование, состоящее из источников электрической энергии, потребителей и коммутационного оборудования.

Потребители электрической энергии соединены параллельно (за исключением распределителя системы зажигания и указателей поворотов) при помощи одного плюсового провода, вторым проводом является корпус машины («масса»). Все потребители питаются постоянным по направлению током и постоянным по величине напряжением от источников электрической энергии – аккумуляторных батарей или генераторов.

Аккумуляторные батареи на тракторах и автомобилях предназначены для питания стартера электрической энергией при пуске двигателя и других потребителей тока при неработающем двигателе или работающем с малой частотой вращения, когда отдаваемая генератором мощность недостаточна для обеспечения всех включенных потребителей.

Наиболее тяжелым режимом работы аккумуляторной батареи является питание стартера, потребляющего при запуске двигателя ток в несколько сотен ампер (до 300 А и более). Аккумуляторные батареи тракторов и автомобилей, конструкция которых позволяет отдавать большой ток при незначительном падении напряжения, называют стартерными.

Аккумуляторные батареи (рисунок 1) состоят из шести последовательно соединенных аккумуляторов, размещенных в общем корпусе моноблоке 8. Моноблок разделен перегородками соответственно на шесть ячеек. В каждой ячейке помещены полублоки положительных и отрицательных пластин. Полублок состоит из нескольких одноименных пластин, соединенных между собой параллельно при помощи баретки 5. К баретке приварен выводной штырь 6, служащий выводом «+» или «-» полублока. Между положительными и отрицательными электродами установлены сепараторы 2, изготавливаемые из пористых кислотостойких материалов, которые предохраняют разноименные электроды от замыкания.

Моноблоки изготавливают из эбонита или пластических масс. На дне ячеек моноблока имеются опорные призмы, на которые устанавливают блоки электродов. Пространство между призмами служит для сбора выпадающего во время работы осадка и предотвращения замыкания им разноименных электродов. Каждая ячейка моноблока сверху закрывается отдельной крышкой 11 из эбонита или пластмассы. В крышках сделано три отверстия: среднее резьбовое, закрываемое пробкой 10, служит для заливки электролита, два крайних, армированных свинцовыми втулками – для выводных штырей отрицательных и положительных электродов.

Рисунок 1. Аккумуляторные батареи:

а – с наружным соединением аккумуляторов; б – с соединением через перегородку под общей крышкой; в – с соединением сквозь отверстие в перегородке; 1 – отрицательные пластины; 2 – сепаратор; 3 – положительная пластина; 4 – предохранительный щиток; 5 – баретка; 6 – выводной штырь; 7 – клемма «+»; 8 – моноблок; 9 – мастика уплотнительная; 10 – пробка; 11 – крышка;

12 – межэлементное соединение (перемычки) аккумуляторов; 13 – вентиляционное отверстие; 14 – клемма «-»; 15 – опорное ребро

Аккумуляторы в батарее соединяются последовательно свинцовыми перемычками 12 посредством сварки их со штырями и свинцовыми втулками, запрессованными в крышку.

Положительные и отрицательные электроды представляют собой решетки, отлитые из свинца с добавлением для прочности и лучших литейных качеств до 5 – 7% сурьмы. Решетки заполнены активным веществом. Активной массой положительных электродов в заряженном состоянии является двуокись свинца PbO₂ темно-коричневого цвета, а отрицательных – губчатый свинец Pb.

Перед вводом в действие аккумуляторные батареи заливают электролитом, представляющим собой раствор серной кислоты в дистиллированной воде.

Химические реакции, происходящие в свинцовом аккумуляторе при разряде и заряде, могут быть представлены уравнением:

Заряженные Разряд Разряженные электроды Заряд электроды «+» «-» «+» «-» P bO2 + Pb + 2H2SO4 PbSO4 + PbSO4 + 2H2O

Как видно из уравнения, в результате разрядки активная масса положительных и отрицательных пластин преобразуется в сернокислый свинец PbSO₄, а в электролите увеличивается количество воды и уменьшается наличие серной кислоты, то есть плотность электролита снижается. В конце зарядки, когда сульфат свинца полностью преобразуется в активное вещество (двуокись свинца и губчатый свинец), плотность электролита восстанавливается до значения, которое он имел перед зарядкой. Следовательно, плотность электролита является показателем степени заряженности аккумулятора. За ее величиной следят как при разрядке, так и при зарядке аккумулятора.

В настоящее время моноблоки батарей изготавливают из морозостойких и ударопрочных термопластических материалов (полипропилена, полиэтилена), позволивших уменьшить толщину стенок с 9 – 12 мм до 1,5 – 3,5 мм и снизить массу с 6 – 12 кг до 0,75 – 2,5 кг.

Эластичность пропилена дала возможность соединить аккумуляторы между собой через отверстия в перегородках моноблока, что уменьшило длину, массу и электрическое сопротивление межэлементных соединений и повысило разрядное напряжение на 0,1 – 2 В. Добавки мышьяка (до 0,2 %) в решетки положительных пластин повысили коррозийную стойкость и срок службы батарей.

Конструктивной особенностью необслуживаемых батарей является установка электродов в сепараторах – «конвертах» на ровное дно моноблоков или на укороченные призмы. При этом исключается замыкание разнополярных пластин и увеличивается уровень электролита над верхней кромкой электродов, что позволяет увеличить сроки доливки аккумуляторов дистиллированной водой. Для уменьшения потерь воды от испарения вентиляционные отверстия в пробках закрыты пористыми мембранами, пропускающими продукты электролиза и задерживающими пары воды.

Условное наименование батарей включает тип батареи, материал моноблока, материал сепараторов и исполнение. Тип батареи определяют по числу последовательно соединенных аккумуляторов (3-х или 6-ти), характеризующему номинальное напряжение (6 или 12 В); по назначению – стартерная (СТ); по номинальной емкости при 20-часовом режиме разряда (6СТ-75). Материал моноблока обозначают буквой после номинальной емкости: Э – эбонит, Т – термопласт; материал сепараторов – буквами: М – мипласт, Р – минор, С – стекловолокно; исполнение также буквами: А – с общей крышкой, Н – насухо заряженная (например, 6 СТ-75МСН).