Аккумулятор и генератор для автомобиля

НАЗНАЧЕНИЕ АКБ.

На автомобилях и автобусах при меняются стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Батареи служат для питания всех потребителей электрической энергии систем зажигания, пуска,

Освещение, сигнализации и т. д. при неработающем двигателе, а также

Для питания потребителей совместно с генератором, когда потребляемая ими сила тока превышает максимальную для генератора величину.

Аккумуляторные батареи при малых габаритах, массе и стоимости должны обладать большой емкостью, малыми сопротивлением и саморазрядом, большими сроком службы и прочностью, быть надежными в эксплуатации. При пуске холодного двигателя стартером аккумуляторные батареи должны обеспечивать отдачу большой силы тока при малом падении напряжения.

Свинцовая аккумуляторная батарея состоит из бака, который изготавливают из эбонита, полиэтилена или асфальтопековой пластмассы. Внутрь бака из асфальтопековой пластмассы запрессовывают кислостойкие вставки.

На дне бака выполнены четыре ребра, на которые ножками опирается каждая положительная и отрицательная пластины. Во избежание замыкания ножки положительных и отрицательных пластин опираются на разные ребра.

В пространстве между ребрами скапливается осыпающая с течением времени активная масса пластин(шлам),что на некоторое время предупреждает замыкание разноименных пластин. В батареях типа 6СТ-60 и других в крышках баков, изготавливаемых из эбонита или полиэтилена, имеются четыре отверстия: два крайних, для полюсных выводов полубаков пластин, одно заливное, закрываемое резьбовой пробкой и вентиляционной. В два крайних отверстия для надежного уплотнения полюсных выводов при изготовлении крышек заливают свинцовые втулки. Для надежного крепления наконечников стартерных проводов плюсовой и минусовой вывод- -конусные. В зависимости от полярности выводы обозначаются знаками<+> и <->.Плюсовой вывод имеет больший диаметр. Сообщение внутренней полости бака с атмосферой осуществляется через отверстие. К выводам приваривают меж аккумуляторные перемычки и верхнюю часть свинцовых втулок, установленных в крышках при изготовлении их. Выводы являются продолжением мостиков. Герметичность стыка крышек со стенками баков обеспечивается кислотоупорной мастикой, которая состоит примерно из 75% нефтяного битума№5 и 25% машинного масла.

Внутрь каждого отсека бака устанавливается блок разноименных пластин с сепараторами.

Решетки пластин отливают из антикоррозионного сплава, содержащего 92-93% свинца и 7-8% сурьмы. В сплав для решеток положительных пластин, кроме сурьмы, добавляют 0,1-0,2% мышьяка. Сурьму и мышьяка добавляют для увеличения механической прочности и уменьшения коррозии решетки, а также улучшения литейных свойств сплава.

Для увеличения емкости аккумулятора в ячейки решеток вмазывают активную массу, изготовленную из свинцового порошка и раствора серной кислоты для отрицательных и положительных пластин. Активная масса пластин обладает большой пористостью, а поэтому площадь рабочей поверхности, соприкасающейся с электролитом, увеличивается, и в результате возрастает емкость аккумулятора.

Для увеличения срока службы положительных пластин активную массу упрочняют добавки в нее полипропиленового волокна. При такой технологии изготовления положительных пластин сепараторы из стекловолокна не устанавливают.

В активную массу отрицательных пластин при ее изготовлении добавляют до 2% расширителей (сернокислый барий и дубитель БНФ),предотвращающих усадку и быстрое затвердение активной массы.. В следствие этого ограничивается уменьшение проходного сечения пор в активной массе при эксплуатации аккумуляторной батареи и связанное с этим преждевременное уменьшение емкости и снижение срока службы пластин.

Активная масса пластин вмазывается в решетки с обеих сторон, после чего пластины прессуют для получения большей пористости подвергают специальной обработке, заряда называется формированием.

В конце формирования большая часть активной массы положительных пластин превращается в перекись свинца PbO2 (темно-коричневого цвета),а отрицательных –в губчатый свинец Pb(серого цвета), в следствии чего емкость аккумулятора увеличивается до номинальной величены .Заводы выпускают аккумуляторные батарей с сухими заряженными пластинами.

Для увеличения срока службы аккумулятора решетки положительных пластин, прочность которых в результате окисления при заряде уменьшается, имеют большую толщину, чем отрицательные пластины.

Для уменьшения коробления крайней положительной пластины ввиду значительного изменения объема ее активной массы при разряде аккумулятора у большинства батарей положительных пластин в блоке устанавливают на одну меньше, чем отрицательных. Благодаря этому обе стороны подвергаются одинаковому изменению объема активной массы и она меньше коробится.

Для увеличения емкости и уменьшения внутреннего сопротивления в каждом аккумуляторе устанавливают по несколько штук пластин. К мостикам с выводами приваривают ушки одноименных пластин. Полу блоки отрицательных и положительных пластин собирают в блок, при этом соприкосновение разноименных пластин предотвращается сепараторами.

Сепараторы изготавливают из кислотостойких материалов--микропористой пластмассы(мипласта),микропористого эбонита(мипора),стекловолокна и др.

Одна сторона сепараторов ,изготовленных из мипора или мипласта, имеет ребра, которые обращены к положительным пластинам. При такой установке сепараторов обеспечивается лучший доступ электролита в поры активной массы положительных пластин, что способствует повышению емкости аккумулятора.

При установке двойных сепараторов к положительным пластинам ставят сепаратор из стекловолокна, что уменьшает о ползание активной массы, вследствие чего увеличивается срок службы пластин.

Сепаратор из стекловолокна замедляют диффузию электролита в пластины, что являются причиной снижения напряжения и емкости батарей, особенно при снижении температуры электролита.

Над сепараторами в каждом аккумуляторе устанавливают тонкий перфорированный предохранительный щиток из хлорвинила или другого кислостойкого материала для защиты кромок сепараторов от механических повреждений при измерении плотности и ли при проверке уровня электролита.

Минимальный срок службы аккумуляторной батареи с одинарными сепараторами из мипласта или мипора-не менее 18мес при пробеге автомобиля не более 60 тыс. км ; для батарей с двойными сепараторами-не менее 24мес при пробеге автомобиля не более 75 тыс. км ..

Аккумуляторные батареи имеют на перемычках обозначения, характеризующие: тип; число последовательно соединенных аккумуляторов(3 или 6),определяющее номинальное напряжение(6 или 12 В);назначение(СТ- стартерная для автомобилей и автобусов или ТСТ- стартерная для автомобилей тяжелой службы, тракторов, сельскохозяйственных машин и т.п.); номинальную емкость при 20-часовом режиме разряда (А./ч);обозначение, характеризующее материал моноблока ( Э-эбонит, Т-полиэтилен, П-асфальтопековая пластмасса),буква, указывающих материал сепараторов(Р-мипор,М-мипласт,С-стекловолокно),и соответствующий ГОСТ

Примерно условно обозначения батареи с шестью последовательно соединенными аккумуляторами, номинальной емкостью 75 А/ч,исполненной в моноблоке из эбонита и сепараторами из мипласта : 6СТ-75ЭМ ГОСТ 959.15-71.

Пример условного обозначения батареи для тяжелой службы с тремя последовательно соединенными аккумуляторами, номинальной емкостью 150 А/ч, исполненной в моноблоке из эбонита и сепараторами из мипласта со стекловолокном: 3ТСТ-150ЭМСГОСТ 959.8-71.Все батареи выпускаются в сухозаряженном исполнении.

Cтартёрные батареи при небольших габаритных размерах обладают малым внутренним сопротивлением и большой емкостью.

В аккумуляторных батареях 6СТ-75, 6СТ-55(новой конструкции)моноблок закрывается одной, общей для всех аккумуляторов , пластмассовой крышкой, приваренной по периферии к наружным стенкам блока. Крышка закрывает меж аккумуляторные перемычки и имеет над каждым аккумулятором отверстие, закрываемое пробкой. Соединения крышки с торцами стенок моноблока при сборке уплотняются эпоксидной смолой, что предотвращает переливание электролита из одного аккумулятора в другой.

Такие батареи не ремонтируют ; в них невозможно проверять каждый аккумулятор нагрузочной вилкой .Наружная поверхность крышки таких батарей меньше загрязняется, что снижает саморазряд батарей.

На автомобилях КамАЗ применяют батареи 6СТ-190ТР без

элетроподогрева и 6СТ-190ТР-Н с электроподогревом , обеспечивающим нормальную работоспособность батареи в зимнее время при температуре воздуха до –40 С. В cпециальные карманы, выполненные в стенке каждого аккумулятора, устанавливаются по одному нагревательному элементу, состоящему из графитизированного вискозного шнура, помещенного в перфорированный футляр из кислотостойкого материала.

Электролит в карманы поступает из внутренней полости каждого аккумулятора.

Нагревательные элементы соединены параллельно и подключены через термовыключатель к двум зажимам колодки , закрепленной на наружной стенке бака. При необходимости подогрева электролита подогреватель подключают к постороннему источнику электрической энергии напряжением 24В и мощностью не менее 600 ВТ. Термоэлемент автоматически включает нагревательные элементы при температуре электролита ниже 10 С и отключает их из цепи при 15 С .

Электроподогреватель используют только в зимнее время при хранении автомобиля на открытых площадках .Для уменьшения сопротивления аккумуляторных батарей 6СТ-190ТР-Н и 6СТ-190ТР в меж аккумуляторных перемычках и выводах полу блоков пластин при изготовлении их заливают медные пластины.

РАБОТА АКБ.

В заряженном аккумуляторе активная масса положительных пластин состоит из перекиси свинца PbO2 темно-коричневого цвета а активная масса отрицательных пластин- из губчатого свинца Pb серого цвета. При этом плотность электролита в зависимости от времени года и района эксплуатации колеблется в пределах 1,25-1,31 г/см .

При разряде аккумулятора активная масса отрицательных пластин преобразуется из губчатого свинца Pb в сернокислый свинец PbSO4 c изменением цвета из серого в светло-серый.

Активная масса положительных пластин аккумулятора преобразуется из перекиси свинца PbO2 в сернокислый свинец PbSO4 с изменением цвета из темно- коричневого в коричневый .

Сернокислый свинец PbSO4 принято называть сульфатом свинца .

Практически при допустимом разряде аккумулятора в химических реакциях участвует не более 40-50 % активной массы пластин , так как к глубоким слоям активной массы вследствие недостаточной ее пористости электролит в необходимом количестве не поступает .Отложение кристаллов PbSO4 на поверхности стенок пор сужает и даже закупоривает поры активной массы, что затрудняет проникновение электролита к ее внутренним, более глубоким слоям. В виду этого часть химической энергии ,запасенной в виде PbO2 и Pb во внутренних слоях активной массы, не будет вступать в контакт с электролитом, что уменьшит емкость каждого аккумулятора батареи.

Так как в процессе разряда серная кислота идет на образование сернокислого свинца PbSO4 при одновременном выделении воды H2O, то плотность электролита соответственно уменьшается с 1,25-1,31 до 1,09-1,15 г/см.

Таким образом , плотность электролита при 100%-ном разряде уменьшается на 0,16 г/см, следовательно, в период разряда аккумулятора уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см соответствует снижению емкости аккумулятора на 6%.

ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТА ЯВЛЯЕТСЯ

ОДНИМ ИЗ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТЕПЕНИ РАЗРЯДА

АККУМУЛЯТОРА.

Состояние разряженного аккумулятора характеризуется следующим химическим составом активной массы пластин и составом электролита:

Положительные пластины ……………………PbSO4

Отрицательные пластины ……………………PbSO4

2H2O

Электролит………………………………………H2SO4

При этом плотность электролита равна 1,09-1,15г/см.

Для заряда аккумулятор включает в цепь параллельно источнику постоянного тока (генератору, выпрямителю),напряжение которого должно превышать э.д .с заряжаемого аккумулятора.

ПРИ ЗАРЯДЕ активная масса отрицательных пластин постепенно превращает из сернокислого свинца PbSO4 в губчатый свинец Pb(серого цвета ), а активная масса положительных пластин превращается из PbSO4 в перекись свинца PbO2(темно-коричневого цвета) .При этом вследствие образования H2SO4 при одновременном уменьшении H2Oплотность электролита увеличивается с 1,09-1,15 до 1,25-1,31 г/см .

Состояние заряженного аккумулятора характеризуется следующим химическим составом активной массы пластин и составом электролита:

Положительные пластины……………………PbO2

Отрицательные пластины……………………Pb

2H2SO4

Электролит…………………………………….H2O

Как только активная масса пластин преобразуется в PbO2 и Pb,плотность электролита при дальнейшем заряде аккумулятора перестает повышаться, что служит признаком конца заряда аккумулятора .При дальнейшем заряде будет происходить только разложение воды на водород и кислород, которые, выделяясь в воздух, вызывают сильное бурление электролита.

РЕМОНТ АКБ.

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ В АКБ . Короткое замыкание внутри АКБ возникает между разноименными электродами из-за накопления на дне банки выпавшего активного вещества, образования на кромках отрицательных электродов свинцового мостика (губки) и в результате разрушение сепараторов. Эти явления возможны при длительной пере заряде батарей, заряде токами большой силы, загрязнении и замерзании электролита. Внешние признаки короткого замыкания: очень малая величена э.д. с; быстрое повышение температуры при заряде; медленное повышение напряжение при заряде и быстрое его падение при выключение тока; понижение плотности электролита.

Для устранения короткого замыкания АКБ разбирают, заменяют поврежденные сепараторы и электроды, удаляют осадок и губку с кромок электродов. После сборки АКБ заряжают с одной перезарядкой .

КОРОБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ. Коробятся электроды из-за большой силы зарядного и разрядного тока, повышенной температуры электролита, нарушение правил пуска двигателей стартером(часты и длительны его включения).Признаками коробления являются изменения внешней их формы и уменьшения емкости АКБ из-за сокращения количества активного вещества вследствие его выведения .Покоробленные электроды при ремонте АКБ заменяют.

УСКОРЕННЫЙ САМОРАЗРЯД АКБ .Саморазряд батарей, превышающий 1% в сутки, считается ускоренными .Он происходит в результате загрязнения поверхности АКБ и попадания примеси в электролите .Для уменьшения саморазряда необходимо содержать в чистоте поверхность батареи (загрязнения образуют между клеммами токопроводящий мостик ), не допускать «прорастания» сепараторов. Если электролит загрязнен, то батарею нужно разрядить током 0,1 от ее емкости до напряжения 1,1-1,2 В на каждый аккумулятор. При этом посторонние металлы и окислы с электродов переходят в электролит. Затем вылить электролит, промыть батарею дистиллированной водой, залить свежий электролит прежней плотностью зарядить .

СУЛЬФАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОДОВ .Сульфитация(образование на поверхности активного вещества электродов кристаллов сульфата свинца) возникает при длительных и глубоких разрядах и ускоряется при снижении уровня электролита (оголение верхней части электродов), наличие в электролите органических примесей , повышение плотности и температуры электролита, наличии ускоренного саморазряда. Признаки сульфитации электродов АКБ: уменьшение емкости батареи; снижение плотности электролита быстрое повышение при заряде напряжение батареи и температуры; преждевременное бурное газовыделение ; при запуске двигателя резкий спад напряжения вследствие малой емкости батареи.

Существует несколько способов восстановления емкости за сульфатированных АКБ: длительный заряд малыми токами заряд на дистиллированной воде, разряды малыми токами; кратковременный (1-2ч) заряд батареи током, в 10-20 раз превышающий ток обычного заряда, и др.

Если процесс сульфитации не слишком глубок, электроды АКБ можно восстановить, разрядив батарею током 0,05 от ее емкости до напряжения 1,7 В. После этого слить электролит, и залить дистиллированную воду и заряжать током 0,03 от емкости. При достижении плотности электролита 1,09 г \см напряжение каждого аккумулятора должно быть 2.3-2.4 В. Если оно ниже ,то заряд прекращают, часть электролита заменяют дистиллированной водой и после 2- часового перерыва продолжают заряд тем же током до достижения плотности 1,09г/см и напряжение 2,3-2,4В После этого плотность доводят до нормальной и заряжают батарею током 0,1 от емкости .

Для восстановления электродов с глубокой ,но не застарелой , сульфитацией из разряженных до 1,7 В сливают электролит и заливают в них дистиллированную воду. Через час аккумуляторы заряжают, установив ток с таким расчетом, чтобы напряжением на выводах 12-вольтовой батареи было 13,8 В .Когда плотность электролита повысится до 1,12г/см, устанавливают зарядный ток, соответствующий 0,2 от емкости батареи .Зарядку ведут до начала газовыделения во всех аккумуляторах и прекращения увеличения плотности электролита .Затем АКБ включают на1,5-2-часовую разрядку примерно таким же током. Разрядку и зарядку продолжают до тех пор, пока повышается плотность электролита .

ОТСТАЮЩИЕ АККУМУЛЯТОРЫ. Если в АКБ хотя бы один аккумулятор разряжается раньше остальных, то работа способность батареи будет определяться именно этим аккумулятором ,который при дальнейшем разряде пере плюсуется и будет заряжать обратным током остальные аккумуляторы, что приведет к значительному снижению напряжения АКБ. У отстающих аккумуляторов плотность электролита при заряде растет значительно медленнее ,а температура быстрее, чем у остальных аккумуляторов. Батарея с таким аккумуляторами должна быть подвергнута 2-3-разовому контрольно-тренировочному циклу(заряд-разряд).

ТРЕЩИНЫ В МОНОБЛОКАХ. Трещины в стенках и перегородках моноблока(банки)заделывают композицией на основе эпоксидной смолы или расплавленным хлорвинилом. Перед заделкой трещину обрабатывают по всему контуру. Снимают фаски под углом 45-60 на глубину , равную 2/3 толщины стенки. Поверхность вокруг трещины зачищают и обезжиривают ацетоном.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА И ЗАРЯДКА АКБ. Электролит готовят из аккумуляторной серной кислоты (плотность1,83г/см)и дистиллированной воды. В пластмассовый, керамический, эбонитовый или свинцовый сосуд сначала наливают воду, затем при непрерывном перемешивании кислоту.

Аккумулятор, собранные после ремонта из разряженных пластин(электродов),заливают электролитом плотностью 1,12г/см после охлаждения до температуры 25С.Залитую АКБ выдерживают в течение 2-4ч.

В качестве источника тока для зарядки АКБ используют выпрямители типа ВСА или специальные зарядные агрегаты. Зарядку ведут током, равным 0,1 от емкости батареи. Напряжение на каждом аккумуляторе должно быть 2,7-3,0 В. Во время зарядки контролируют температуру электролита. Она не должна подниматься выше 45С. Если температура окажется выше ,уменьшают зарядный ток или прекращают зарядку на некоторое время. Заканчивают зарядку после того ,как начнется обильное газовыделение, а плотность электролита стабилизируется и не будет меняться в течение 2 часов. После 30 минут выдержки проверяют плотность электролита. Если она не соответствует установленной для данной зоны эксплуатации то доливают в аккумулятор дистиллированную воду(когда плотность выше нормы) или электролит плотностью 1,4г/см (если плотность ниже нормы).После корректировки необходимо продолжить зарядку в течение 30 минут для перемешивания электролита.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ.