Аккумуляторная Батарея для Автомобиля|АвтоЦентр

menu
person

Аккумуляторная Батарея для Автомобиля

Аккумуляторные батареи, используемые в системах электроснабжения автомобилей, играют роль источников электрической энергии, обеспечивающих питание потребителей при неработающем двигателе или недостаточной мощности генератора в заданном нагрузочном режиме. Тип аккумуляторной батареи, исходя из её рабочих характеристик, определяется условиями разряда батареи в стартерном режиме при пуске двигателя. Аккумуляторные батареи, рассчитанные на восприятие нагрузки от системы электростартерного пуска двигателя, называются стартерными. Аккумуляторная батарея компонуется из нескольких, как правило шести, соединенных последовательно аккумуляторов, каждый из которых представляет собой химический источник тока.

К стартерным аккумуляторным батареям предъявляются следующие основные требования:

  • - способность отдавать большие разрядные токи при возможно меньшем падении напряжения, особенно при низких температурах;

  • - минимальное внутреннее сопротивление;

  • - быстрое восстановление емкости в процессе заряда;

  • - возможно большая емкость при малых габаритных размерах и массе;

  • - высокая надежность при минимальной трудоемкости обслуживания;

  • - безвредность для окружающей среды, отсутствие агрессивного воздействия на автотракторные материалы;

  • - минимальная стоимость.

Исходя из перечисленных требований, в автомобильном электрооборудовании могут быть применены аккумуляторные батареи на базе следующих типов аккумуляторов:

  • - свинцовых кислотных;

  • - щелочных.

Щелочные аккумуляторы могут быть железоникелевыми, никелькадмиевыми, серебряно-цинковыми, литийионными.

В современных условиях в системах электроснабжения автомобилей нашли применение стартерные аккумуляторные батареи на базе свинцовых кислотных аккумуляторов.

Свинцовый кислотный аккумулятор является химическим возобновляемым источником тока, работающим согласно следующей структурной схеме:

(-) восстановитель электролит окислитель (+).

В данном случае в качестве восстановителя используется губчатый свинец Pb, а в качестве окислителя — двуокись свинца PbO2.

Электролитом служит водный раствор серной кислоты H2SO4 плотностью 1,22-1,30 кг/л в зависимости от климатической зоны эксплуатации. Условная запись рассматриваемой электрохимической системы может быть представлена в виде

(-) Pb   H2SO4  PbO2 (+).

Физико-химические процессы, происходящие в кислотном аккумуляторе, основаны на явлении поляризации электродов при электролизе, то есть создании разницы потенциалов между электродами. При погружении в электролит пластины из губчатого свинца от активной массы положительно заряженные ионы свинца будут отщепляться и переходить в электролит. При этом пластина будет накапливать отрицательный потенциал. В ходе этого процесса будет возрастать разность потенциалов пластины и электролита, а следовательно, будет увеличиваться и давление растворенных в электролите положительных ионов свинца на пластину (осмотическое давление). Вследствие увеличения такого давления переход положительных ионов свинца в электролит замедлится и в определенный момент прекратится, так как будет достигнуто равновесие между силой электростатической упругости растворения свинца с одной стороны и силами, обусловленными действиями электростатического поля и давления растворенных в электролите положительных ионов, с другой стороны. Пластина аккумулятора в таком случае считается заряженной.

При погружении в электролит положительно заряженной пластины с активной массой из двуокиси свинца активная масса в ограниченном количестве будет переходить в электролит, где при соединении с водной частью электролита ионизируется на четырехвалентные ионы свинца Ph '' и одновалентные отрицательные ионы гидроокисда ОН~. Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на активной массе пластины, образуют положительный потенциал пластины относительно электролита. Равновесие сил, стимулирующих и замедляющих рассматриваемый процесс ионизации, достигается таким же образом, как и для случая погружения в электролит отрицательно заряженной пластины.

Сернокислотная часть электролита диссоциирует в воде на ионы Ли PSO, . В связи с этим химическая реакция в аккумуляторе при его разряде может быть описана следующими уравнениями.

На отрицательной пластине

Ph - + H2 SO4 = PhSOA + 2H+ + Ze.

На положительной пластине

PhO~ + 3H+ + H2SO4 + 2e = PhSO, + 2H2O.

Общая токообразующая реакция в аккумуляторе

PhO2 + Ph + 2H2SO4 = ZPhSO4 + 2H2O .

При разряде аккумулятора сернокислотная часть электролита расходуется на образование воды и сульфата свинца на пластинах аккумулятора. При заряде аккумулятора химическая реакция, как показано на рис. 10.8, протекает в обратном направлении.

Рисунок 10.8 — Схема рабочего процесса свинцового кислотного аккумулятора

Одним из основных показателей, характеризующих степень разряженно-сти аккумулятора, является плотность электролита, которая повышается по мере заряда аккумулятора и снижается по мере его разряда.

Рабочий процесс свинцового кислотного аккумулятора, помимо основной рассмотренной реакции, сопровождается также нежелательными побочными реакциями, уменьшающими КПД рабочих процессов и снижающими работоспособность батареи.

Одной из таких побочных реакций является электролиз водной части электролита, в результате которого на пластинах аккумулятора происходит газовыделение — кислорода на положительно заряженной пластине и водорода на отрицательно заряженной. Газовыделение на пластинах происходит главным образом при заряде аккумулятора, а также в небольшой степени при хранении их рабочем состоянии и разряде. Этот процесс определяется разностью между потенциалом пластины и напряжением начала газовыделения (перенапряжением газа). Чем больше перенапряжение газа, тем интенсивнее идет газовыделение. На величину напряжения начала газовыделения большое влияние оказывают примеси некоторых металлов, содержащиеся в материале активной массы пластин. При этом активная масса пластин аккумулятора должна содержать примеси, повышающие напряжение начала газовыделения, иначе раннее начало газовыделения будет приводить к быстрому снижению уровня электролита и необходимости частой его доливки.

Конструкция аккумуляторной батареи определяется её функциональным назначением и местом расположения в автомобиле. Стартерная аккумуляторная батарея составляется из нескольких, как правило шести, последовательно соединенных аккумуляторов. Все токоведущие части батареи выполняются из металла, стойкого к воздействию серной кислоты, в данном случае из свинцовых сплавов.

Пластины аккумуляторов отливаются из свинцовых сплавов в виде прямоугольных профилированных решеток, в которые вмазывается паста, образующая при формировании пластины ее активную массу.

Активная масса положительно заряженных пластин в большей степени участвует в химических превращениях, отчего решётки таких пластин более подвержены коррозии, и как следствие, выполняются с сечением большего диаметра для придания им большей прочности. Общая толщина заполненных активной массой пластин зависит от расчетных нагрузочных режимов и срока службы батареи и находится в пределах 1,5-2,6 мм.

Для улучшения стартерных характеристик батарей желательно увеличение суммарной площади поверхности активной массы пластин, что обычно достигается увеличением числа пластин в аккумуляторе при уменьшении их толщины до минимального размера, при котором сохраняется механическая прочность пластин. Решетка пластины должна обеспечивать равномерное распределение плотности тока по всей поверхности активной массы, в связи с чем наиболее желательная форма пластины, близкая к квадратной. Как показано на рис. 10.9, посредством бареток пластины объединяются в полублоки соответствующей полярности. Баретка имеет бори 1 и мостик 2, к которому припаиваются ушки пластин и который определяет расстояние между пластинами. Борн является токоотводящим электродом полублока пластин.

Рисунок 10.9 — Полублоки пластин:

а) положительных; б) отрицательных; в) баретка; 1 — сепаратор, 2 — борн, 3 — мостик

Пластины в полублоках соединяются параллельно. Число пластин и их размеры определяют суммарную площадь активной массы пластин полублока, что, в свою очередь, определяет емкость аккумулятора. Положительные и отрицательные полублоки пластин объединяются в блоки, где положительные и отрицательные пластины разделяются сепараторами. Как указывалось ранее, активное вещество положительных пластин в большей степени участвует в химической реакции. Кроме этого, при симметричной электрохимической нагрузке на положительные пластины они меньше деформируются. Исходя из того, что крайние пластины блока практически работают только одной внутренней стороной, целесообразно отрицательные полублоки пластин изготовлять с числом пластин на одну больше, чем у положительных полублоков. При этом крайними в блоке являются отрицательные пластины.

Основным назначением сепаратора является электрическая изоляция пластин полублоков разноименной полярности. Сепараторы должны изготовляться из нейтрального кислотостойкого механически прочного материала. Кроме этого, способность отдачи больших разрядных токов при возможно меньшем падении напряжения в значительной мере зависит от возможности циркуляции электролита между порами активной массы положительных и отрицательных пластин аккумулятора, в связи с чем к материалу сепаратора предъявляется требование высокой пористости. Сепаратор не должен препятствовать свободному доступу электролита к поверхности активной массы пластин.

В современных условиях производства в качестве материала сепараторов используется мипор, мипласт и поровинил. Мипор, или микропористый эбонит, изготовляется на основе натурального каучука с органическими добавками. Мипласт, или микропористый полихлорвинил, имеет в своей основе полихлорвиниловую смолу. Промышленно выпускаемые сепараторы из указанных материалов имеют толщину от1,1до1,9 мм с интервалом 0,2 мм.

Аккумуляторная батарея (рис. 10.10) обычно имеет конструктивное исполнение в виде моноблока, единого корпуса батареи, разделенного герметичными перегородками на три или шесть ячеек. В каждой из ячеек размещается блок пластин аккумуляторов.

Рисунок 10.10 — Стартерная аккумуляторная батарея

Моноблоки стартерных аккумуляторных батарей изготовляются из материалов, обеспечивающих герметичность, тепло- и морозоустойчивость, кислотоупорную стойкость, механическую прочность. Обычно в качестве таких материалов выступает эбонит, термопласт, полипропилен, полистирол. В современных условиях наиболее предпочтительными являются полиэтилен и полипропилен, допускающие определенную степень прозрачности.

Для предотвращения инверсного (обратного) включения аккумуляторной батареи в систему электроснабжения автомобиля или трактора размеры положительного и отрицательного выводов имеют соответствующую маркировку и разные стандартизированные размеры.

Маркировка аккумуляторных батарей предусматривает наличие сведений о числе аккумуляторов, электрической ёмкости, материалах сепараторов и моноблока, величине пускового стартерного тока. Среди производителей аккумуляторных батарей отсутствует единая система обозначений, в связи с чем каждый производитель устанавливает свою систему обозначений.

В отечественном аккумуляторном производстве ГОСТ Р 53165-2008 устанавливает следующую систему обозначения аккумуляторных батарей: указывается число аккумуляторов, возможность использования батареи в режиме питания стартера, номинальная ёмкость, показатели конструктивного исполнения.

Состав электролита для свинцовых кислотных аккумуляторных батарей определяется водным раствором серной кислоты H2SO4 плотностью 1,22-1,30 кг/л в зависимости от температуры среды, которая определяется временем сезона и характеристикой климатической зоны.

Таблица 10.1

Плотность электролита, соответствующая климатическим зонам

Климатический район

Средняя зимняя температура воздуха

Время года

Плотность электролита при 25 °C, кг/л

Рекомендуемое напряжение генератора, В

Очень холодный

От 50 до 30

Зима

1,30

14,8

Лето

1,26

13,8

Холодный

От -30 до -15

Круглогодично

1,28

14,2

Умеренный

От-15 до -8

Круглогодично

1,27

14,0

Тёплый

От -10 до -4

Круглогодично

1,26

13,8

Жаркий

От -4 до 0

Круглогодично

1,25

13,6

К химическому составу кислоты, используемой для приготовления электролита, предъявляется ряд требований, исходя из необходимости ликвидации каких-либо побочных химических процессов взаимодействия материалов решёток и активной массы пластин с содержащимися в электролите примесями.

Такими примесями, которые способны вызывать подобного рода реакции, сопровождаемые снижением работоспособности аккумулятора с последующим разрушением решеток пластин, могут быть различные соли железа, алюминия, меди, органических соединений. В то же время наличие примесей сурьмы, олова, кальция в электролите практически не вызывает нежелательных явлений в работе свинцовых аккумуляторов.

В связи с этим серная кислота, применяемая для приготовления электролита, должна иметь маркировку «Аккумуляторная» — это означает, что в данной кислоте отсутствуют нежелательные для свинцовых аккумуляторов примеси, но могут присутствовать другие элементы, не влияющие на работу аккумуляторов. В некоторых случаях допускается использование кислоты с маркировкой «Чистая», однако в таком случае по сопроводительной ведомости содержания примесей необходимо проводить проверку отсутствия нежелательных примесей, прежде всего солей железа и алюминия. Такие же требования химической чистоты предъявляются и к водной части электролита. Для разведения кислоты до требуемой плотности используется дистиллированная вода, приготовленная по технологии, исключающей ее какой-либо контакт с металлическими или содержащими соединения металлов поверхностями. Хранение электролита и его составляющих производится в стеклянных или пластиковых резервуарах. При приготовлении электролита необходимо вливание кислоты в воду, а не наоборот, иначе возможно закипание и разбрызгивание электролита.

В процессе эксплуатации аккумуляторов должна быть исключена какая-либо возможность контакта с электролитом любых металлических, прежде всего железосодержащих предметов, так как в таком случае аккумулятор довольно быстро безвозвратно утрачивает работоспособность.

Срок службы аккумуляторных батарей определяется условным числом полных разрядно-зарядных циклов. Данный показатель определяется экспериментально путём подсчёта количества таких циклов при разрядных и зарядных токах величиной порядка 5%от номинальной ёмкости батареи.

Современные аккумуляторные батареи, эксплуатируемые в зоне умеренного климата, обычно не требуют значительного обслуживания и обеспечивают срок службы в 400-450 полных разрядно-зарядных циклов, что эквивалентно 60-80 тысячам километров пробега автомобиля при интенсивной эксплуатации. При периодической эксплуатации автомобиля указанный срок реализации разрядно-зарядных циклов обычно происходит в течение 6-7 лет.

Щелочные железоникелевые и никелькадмиевые аккумуляторы имеют срок службы порядка 1 200-1 500 циклов. Однако их применению в автомобильном транспорте препятствует наличие так называемого эффекта памяти, выражающегося в снижении ёмкости после заряда не полностью разряженного аккумулятора. Для восстановления ёмкости аккумулятора требуется проведение нескольких контрольно-тренировочных циклов полного разряда и полного заряда.

Литийионные аккумуляторы имеют значительный срок службы и при этом обладают незначительным эффектом памяти, проявляющимся только в начальный период эксплуатации, однако их применению на автомобильном транспорте в настоящее время препятствует относительно высокая стоимость, в связи с чем данный тип аккумуляторов может рассматриваться как перспективный.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Двигатель | Добавил: autodromcar (15.11.2019)
Просмотров: 139 | Теги: свинец, аккумуляторный, батарея, аккумулятор, процесс, Масса, пластина, электролит, активный | Рейтинг: 0.0/0

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar