Все об аккумуляторных батареях — АКБ
Все об аккумуляторных батареях — АКБ
Устройство аккумуляторной батареи 12-вольтовая батарея содержит 6 включенных последовательно аккумуляторов.
Аккумуляторы размещены в разделенных перегородками ячейках полипропиленового корпуса (моноблока) батареи. Каждый аккумулятор содержит блок положительных и отрицательных электродов. Между электродами различной полярности, свинцовые решетки которых обмазаны активной массой, установлены сепараторы из не проводящего ток микропористого материала. Сепараторы изготовляют из полиэтилена в форме конвертов, которые одевают на положительные или отрицательные электроды. Полюсные выводы, меж элементные перемычки и соединяющие электроды баретки изготовляют из свинцовых сплавов. Полюсные выводы имеют различный диаметр, причем положительный вывод всегда толще отрицательного, что должно предотвращать ошибки при подключении батареи к электросети. Меж элементные перемычки проходят через отверстия в перегородках между ячейками моноблока. Изготовляемый из кислотоупорного и не проводящего ток материала (полипропилена) моноблок образует корпус аккумуляторной батареи. На днище моноблока предусмотрены крепежные выступы. Сверху моноблок закрывается крышкой. Образующие батарею аккумуляторы соединяются последовательно посредством меж элементных перемычек. Таким образом обеспечивается нужное напряжение на выводах батареи. При этом отрицательный вывод одного аккумулятора соединяется с положительным выводом соседнего аккумулятора. В качестве заливаемого в батарею электролита используется разбавленная водой серная кислота, которая заполняет свободные объемы ячеек и проникает в поры активной массы электродов и сепараторов.
У батарей прежних конструкций каждая ячейка снабжалась резьбовой пробкой, которая использовалась для заливки электролита, выполнения операций по уходу и для отвода образующегося при эксплуатации батареи гремучего газа. У современных безуходных батарей пробки отсутствуют или они закрыты сверху. Отвод газов у этих батарей производится через центральную систему вентиляции. На приведенных в данном пособии рисунках представлено принципиальное устройство аккумуляторной батареи. Электролит Жидкий электролит Заливаемую в аккумуляторы жидкость называют электролитом. В качестве электролита свинцового аккумулятора используется разбавленная водой серная кислота. При полностью заряженном аккумуляторе доля серной кислоты в электролите составляет 38%, а остальная его часть приходится на дистиллированную воду.
Электролит содержит ионы, которые обеспечивают прохождение электрического тока между электродами. Номинальная плотность электролита изменяется в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи. Малоподвижный электролит Чтобы снизить опасность от вылившегося из батареи электролита, применяют средства, снижающие его текучесть. К электролиту могут быть добавлены вещества, которые превращают его в гель. В частности, для этого используется кремниевая кислота. Другим способом снижения подвижности электролита является применение стекломатов в качестве сепараторов.
Стекломаты удерживают электролит, предотвращая его вытекание при повреждении батареи. Электролит обладает сильным разъедающим действием! При обращении с электролитом необходимо соблюдать правила техники безопасности !
Процессы заряда и разряда
Процесс заряда Под зарядом аккумуляторной батареи подразумевается накопление в ней электрической энергии. При этом электрическая энергия преобразуется в химическую энергию. При работающем двигателе батарея заряжается от генератора. В процессе заряда образовавшиеся при разряде батареи сульфат свинца и вода переходят в свинец, двуокись свинца и серную кислоту. Таким образом происходит накопление химической энергии, которая может быть использована в дальнейшем для производства электрической энергии. Плотность электролита при этом повышается. Процесс разряда Под разрядом батареи подразумевается отдача ей электрической энергии. При этом химическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Батарея разряжается, если к ней подключен какой-либо потребитель электрического тока. При этом серная кислота распадается и ее доля в электролите уменьшается. Протекающие реакции приводят к образованию воды, доля которой в электролите соответственно увеличивается. Плотность электролита при этом снижается. При разряде батареи происходит выделение сульфата свинца как на положительном, так и на отрицательном электроде. Заряд батареи следует производить под напряжением, величина которого должна поддерживаться регулятором на оптимальном уровне. При слишком высоком напряжении происходит усиленное разложение воды в результате ее электролиза. Поэтому уровень электролита в батарее быстро снижается. При пониженном напряжении батарея заряжается не полностью. Из-за систематического неполного заряда ухудшаются стартерные характеристики батареи и сокращается срок ее службы. При заряде аккумуляторной батареи образуется гремучий газ. Внимание, опасность взрыва!
Основные характеристики
Коэффициент преобразования энергии
Энергия, которая подводится к батарее в процессе заряда, всегда больше энергии, отдаваемой ею при разряде. Превышение энергии заряда над энергией разряда объясняется необходимостью покрытия затрат на проведение электрохимических процессов при заряде. Чтобы зарядить батарею, необходимо подвести к ней энергию, величина которой составляет от 105 до 110% отданной ранее энергии. Это соотношение (равное от 1,05 до 1,10) называют коэффициентом преобразования энергии.
Емкость аккумуляторной батареей
Емкость батареи или отдельного аккумулятора равна отдаваемой ими электроэнергии, измеряемой в амперчасах (А·ч). Емкость зависит от температуры и разрядного тока. Она уменьшается при увеличении разрядного тока и снижении температуры окружающей среды (особенно при минусовых ее значениях).
Номинальная емкость K20 Это указываемая изготовителем в А·ч емкость, которая определяется в режиме 20 часового разряда полностью заряженной батареи. Величина тока разряда рассчитывается по формуле K20 : 20 ч. При этом напряжение на выводах батареи должно оставаться на уровне не ниже 10,5 В. Например, разрядный ток батареи емкостью 60 А·ч должен быть равен: 60 А·ч : 20 ч = 3 А Таким образом батарея номинальной емкостью 60 А·ч должна отдавать ток силой 3 А в течение 20 часов, причем напряжение на ее выводах должно быть выше 10,5 В.
Ток холодной прокрутки
Ток холодной прокрутки (пусковой ток) характеризует способность аккумуляторной батареи обеспечивать пуск двигателя в холодное время года. Ток холодной прокрутки — это указанный производителем ток, который способна отдавать новая полностью заряженная батарея при температуре -18°C в течение установленного нормативом времени. При этом напряжение на ее выводах не должно падать ниже определенного значения, которое также определяется нормативом. Методика испытаний батарей приведена в фирменном стандарте VW Norm 750 73.
Напряжение аккумулятора
Напряжение аккумулятора — это разность потенциалов, действующих на его положительном и отрицательном электродах, погруженных в электролит. Эта разность не является постоянной величиной. Она заметно изменяется в зависимости от степени заряженности (плотности электролита) аккумулятора, а от его температуры она практически не зависит. Номинальное напряжение аккумулятора является, напротив, постоянной величиной. У свинцового аккумулятора оно равно 2 В.
Номинальное напряжение батареи
Номинальное напряжение автомобильной батареи равно произведению номинального напряжения аккумулятора на число (последовательно включенных) аккумуляторов в батарее. В соответствии со стандартом номинальное напряжение свинцового аккумулятора равно 2 В, поэтому у аккумуляторной батареи оно должно составлять 12 В.
Напряжение на клеммах
Напряжение на клеммах – это напряжение на полюсных выводах аккумуляторной батареи. Напряжение начала газовыделения Напряжение начала газовыделения – это напряжение аккумулятора, при котором начинается интенсивное выделение газов. Обычно газы начинают обильно выделяться при напряжении на клеммах более 14,4 В (или 2,4 В на выводах аккумулятора). При этом выделяется избыточный водород, входящий в состав гремучего газа. Внимание, опасность взрыва! Электродвижущая сила (ЭДС) ЭДС – это установившееся напряжение на выводах отключенной от сети и ненагруженной батареи.