Аккумуляторные батареи

В аккумуляторной батарее электрическая энергия, поступающая в
процессе ее зарядки от внешнего источника постоянного тока, превраща-
ется в химическую и в таком виде может быть запасена, а в процессе
разрядки вновь преобразуется в электрическую энергию. Автотрактор-
ные аккумуляторные батареи называют стартерными, так как при ма-
лом внутреннем падении напряжения обладают свойствами кратковре-
менно отдавать большой ток, необходимый для работы стартера.

Устройство кислотио-свинцовой аккумуляторной батареи. Такая
батарея (рис. 180, а) состоит из трех или шести последовательно со-
единенных аккумуляторов напряжением около 2 В каждый. Бак 6 ба-
тареи изготовляется из эбонита или асфальто-пековой пластмассы,
которым присущи хорошие кислотостойкие и изоляционные качества, вы-
сокая механическая и термическая прочность. Опорные призмы на дне
бака предотвращают замыкание пластин через образующийся во время
работы батареи осадок — шлам. Положительные 3 и отрицательные 1
пластины аккумулятора отливают в форме решеток из свинца с добав-
лением для прочности н лучших литейных качеств 6—8% сурьмы. Ре-
шетки пластин заполняют активной массой, состоящей из окисленнрго
свинцового порошка, замешанного на водном растворе серной кислоты.

Активная масса положительных пластин менее прочная, чем отри-
цательных, поэтому они несколько толще. При сборе аккумуляторов

15* 227

Рис. 180. Кислотно-свинцовая аккумуляторная батарея: а — устройство; б — кривая разряда аккумулятора; 1 — отрицательная пла- стина; 2— сепаратор; 3—положительная пластина; 4— мостик; 5 — штырь; 6 —бак; 7 — положительная клемма: 8— пробка наливного отверстия; 9 — крышка; 10— перемычка; 11 —вентиляционный штуцер; 12— отрицательная клемма.

отрицательных пластин берут на одну больше, чем положительных, бла-
годаря этому положительные пластины работают равномерно всей по-
верхностью и коробление крайних положительных пластин уменьшает-
ся. Спаянные между собой пластины образуют полублоки. Положитель-
ные и отрицательные пластины разделены сепараторами 2 из
микропористого эбонита (мипора), микропористой пластмассы (ми-
пласта) или других материалов. Аккумуляторы закрыты крышками 9,
заливные отверстия закрываются пробками 8. В пробках сделаны от-
верстия для выхода газов во время зарядки батареи. Пространство
между крышками и стенками моноблока заливается кислотостойкой
мастикой, изготовленной из нефтяного битума и авиационного масла.
Внутренний объем аккумулятора заполняют электролитом — раствором
химически чистой серной кислоты в дистиллированной воде.

Активную массу положительных пластин полностью заряженной
батареи составляет двуокись свинца РЬ0₂ темно-коричневого цвета, а
отрицательных — губчатый (пористый) свинец РЬ светло-серого цвета.
При разрядке батареи активные массы положительных и отрицатель-
ных пластин, взаимодействуя с серной кислотой H₂S0₄ электролита,
превращаются в сернокислый свинец PbS0₄ (сульфат свинца). В ходе
разрядки батареи происходит разложение серной кислоты. Кислотный
остаток SO^^- поглощается активными массами пластин, а в электроли-
те остается вода Н₂0.

Условное обозначение аккумуляторных батарей состоит из цифро-
буквенного набора. Первая цифра указывает на число последовательно
соединенных аккумуляторов, а две следующие буквы — на тип батареи
(СТ — стартерная). Цифры за буквами равны номинальной емкости ба-
тареи в ампер-часах (А-ч) при непрерывном 10-часовом разряде и
средней температуре электролита 30° С. Следующие далее буквы обо-
значают материал, из которого изготовлен бак (Э — эбонит, П — ас-
фальтопековая масса с кислостойкими вставками, В — асфальтопеко-
вый бак без вставок) и материал сепаратора (М — мипласт, МС — ми-
пласт со стекловойлоком, Р— мипор). Например, на тракторах
МТЗ-80 и МТЗ-82 установлено две последовательно соединенные акку-
муляторные батареи ЗСТ-215ЭМ; значит, в батарее три последователь-
но соединенных аккумулятора, по типу батарея стартерная, емкость
батареи 215 А-ч, бак эбонитовый, сепараторы мипластовые.

Основные электротехнические показатели аккумуляторной бата-
реи— э. д. е., напряжение на ее зажимах, внутреннее сопротивление,
мощность и емкость.

Э.д. с. кислотно-свинцового аккумулятора (э. д. с.
покоя), определяемая приближенно по формуле £о=0,84+"у, зависит
от плотности электролита у. Размер и количество пластин не оказыва-
ют влияния на значение э. д. с. аккумулятора. Степень заряженности
аккумулятора также мало влияет на его э. д. с. При изменении плот-
ности электролита в пределах 1,10—1,34 г/см³ э. д. с. аккумулятора из-
меняется пропорционально увеличению плотности.

Напряжение на зажимах аккумуляторной батареи меньше
э. д. с. батареи на величину внутреннего падения напряжения. При воз-
растании внутреннего сопротивления напряжение аккумуляторной ба-
тареи уменьшается.

Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от ко-
личества и размера пластин, расстояния между ними, пористости сепа-
ратора, плотности электролита и его температуры. Внутреннее сопро-
тивление заряженного аккумулятора составляет 0,001—0,0015 Ом. По
мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротивление вследствие
уменьшения плотности электролита повышается до 0,02 Ом.

Мощность батареи во внешней цепи равна произведению си-
лы разрядного тока на напряжение батареи.

Емкость аккумулятора есть количество электричества, вы-
раженное в ампер-часах, которое отдает полностью заряженный ак-
кумулятор при непрерывном его разряде до установленного предела.
Различают номинальную (разрядную) и стартерную емкость. Номи-
нальная емкость Q„ аккумуляторной батареи принято определять при
непрерывном 10-часовом разряде до напряжения 1,7 В при средней
температуре электролита 30±2°С. Стартерная емкость Q_CT определя-
ется при температуре +30 и —18° С. Разрядный ток должен быть в три
раза больше номинальной емкости Q_H. Предельное снижение напряже-
ния принято 1,5 В при 30° и 1 В при —18° С, а продолжительность раз-
рядки соответственно 5,5 и 3 мин. На машинах устанавливают батареи,
емкость которых берется с некоторым запасом, чтобы компенсировать
возможные перегрузки и обеспечить надежную работу в условиях по-
ниженных температур, когда емкость батареи уменьшается.

Емкость аккумулятора зависит от размеров пластин, плотности
и температуры электролита и силы разрядного тока. Чем больше по-
ристость активной массы пластин, выше плотность и температура
электролита, тем больше емкость аккумулятора. С ростом разрядного
тока емкость аккумулятора уменьшается. Это объясняется тем, что по
мере работы аккумулятора сернокислый свинец закрывает поры на по-
верхности активной массы пластин, в результате чего снижается отда-
ча электричества. С усилением зарядного тока зарядная емкость аккуму-
лятора также понижается, так как химические процессы, происходя-
щие в активной массе пластин, до конца не завершаются. Изменение
температуры электролита оказывает влияние на его вязкость. Увели-
чение вязкости электролита при понижении температуры приводит к
уменьшению емкости аккумулятора. Повышение же температуры
на 1°С (в пределах 15—20°С) увеличивает емкость батареи на 1%.

Для сохранения емкости батареи в нормальных пределах при низ-
ких температурах на некоторых конструкциях применяются внутренние
электроподогревательные элементы, поддерживающие температуру элек-
тролита в пределах +10-ь+5°С и обеспечивающие нормальную отдачу
тока при температуре окружающего воздуха от —25 до —40° С (авто-
мобили КамАЗ).

Если батарея продолжительное время не работала, то емкость ее
уменьшается. Поэтому при длительном хранении батарею периодичес-
ки подзаряжают.

В процессе эксплуатации батареи происходит естественный износ
пластин, сепараторов, сосудов. Зарядка и разрядка положительных
пластин связаны с постоянными объемными изменениями активной мас-
сы, так как объем сульфата свинца значительно больше, чем объем
двуокиси свинца. Это ведет к разрыхлению активной массы и выпа-
дению частичек двуокиси свинца в виде шлама, особенчо под действием
обильного газовыделения при зарядке. Со временем количество актив-
ной массы на пластинах уменьшается, емкость батареи падает. Отри-
цательные пластины в процессе работы также теряют свою работоспо-
собность, так как губчатый свинец обладает свойством уплотняться и
уменьшать активную поверхность.

Преждевременный износ батареи возможен но ряду причин. Основ-
ной из них является сульфатация пластин, то есть процесс образования
на поверхности и в порах активной массы пластин крупнокристалли-
ческого сульфата свинца. Сульфатация вызывается систематическими
недозарядами, глубокими разрядами, длительным содержанием батареи
в разряженном состоянии, высокой температурой электролита, примеся-
ми или заливкой электролита плотностью выше нормы, а также
саморазрядом, возникающим в результате неисправностей или несоблю-
дения правил технического обслуживания. Чтобы избежать сульфата-
ции, батарея должна разряжаться до конечного напряжения 1,5—1,7 В
(см. рис. 179,6), в зависимости от силы разрядного тока.

Признаки сульфатацни пластин — повышение напряжения на эле-
ментах в начале зарядки, обильное преждевременное выделение газов,
повышенная температура электролита, незначительное увеличение
плотности и низкое напряжение в конце зарядки, меньшая емкость при
разрядке.

В начальной стадии сульфатацию пластин можно преодолеть,
заряжая аккумуляторную батарею пониженным током до появления за-
метного газовыделения. После этого батарею выключают на 20—
53 мин, чтобы пузырьки газа вышли из пор активной массы пластин.
Последующая зарядка ведется длительное время током, в три-четыре
раза меньшим тока первой зарядки, до тех пор, пока плотность элек-
тролита станет постоянной.

Разрушение пластин может происходить также вследствие уплотне-
ния губчатого свинца, что вызывается систематическим перезарядом
батареи в результате неправильной регулировки реле-регулятора или
высокой температурой электролита (более 45°С).

Выкрашивание активной массы (особенно на положительных плас-
тинах) может быть следствием замерзания электролита. В этом случае
батарею переносят в теплое помещение и после оттаивания электролита
заряжают током первого заряда.

Перемена полярности батареи ведет к саморазряду, сульфатации,
искривлению пластин и их разрушению. Коррозия и разрушение ре-
шетки положительных пластин вызываются глубокими разрядами и за-
грязнением электролита органическими веществами. Загрязненный
электролит следует заменить. Для этого батарею заряжают током 10-
часового разряда, сливают электролит и промывают батарею дистил-
лированной водой, которой наполняют бак доверху, и оставляют в бата-
рее на 3—4 ч. После этого бак освобождают от воды и заливают элек-
тролит плотностью 1,29—1,30 г/см³. Спустя еще 3—4 ч батарею заря-
жают током номинального заряда.

Разрушение сепаратора становится причиной короткого замыкания
и порчи пластин. Механические повреждения и нагревание клемм вы-
зывают нарушение их контакта с наконечником. Контакт восстанавли-
вают зачисткой контактных поверхностей, затяжкой зажимов, смазкой
их техническим вазелином.

В процессе технического обслуживания аккумуляторные батареи
проверяют и испытывают. Измеряя плотность электролита, судят о сте-
пени заряда батареи. Можно считать, что снижение плотности электро-
лита на 0,01 г/см³ соответствует разряду батареи на 6%. Плотность
электролита проверяют денсиметром с ценой деления 0,01 ед., поме-
щенным в стеклянную пипетку. В зависимости от климатических усло-
вий, времени года и материала сепараторов аккумуляторы заполняют
электролитом различной плотности, отнесенной к температуре 15° С. При
составлении электролита температура раствора повышается, поэтому
измеренную плотность пересчитывают на температуру 15° С по специаль-
ным таблицам или с учетом поправки +0,0007 на каждый градус изме-
нения температуры электролита при температуре выше 15°С и —0,0007
на каждый градус изменения температуры электролита при температуре
ниже 15° С.

Уровень электролита в баке должен быть на 10—15 мм выше пре-
дохранительного щитка, установленного над сепараторами. Э. д. с. ак-
кумуляторной батареи измеряют вольтметром при отключенной внеш-
ней цепи и сравнивают с э. д. с. покоя Е₀. Если измеренная э. д. с. мень-
ше э. д. с. покоя Е₀, значит внутри аккумулятора произошло короткое
замыкание.

Напряжение на зажимах каждого аккумулятора измеряют нагру-
зочной вилкой, сопротивление которой около 0,012 Ом, а потребляемый
ток — около 100 А. Напряжение на зажимах батареи определяют по
вольтметру, включенному параллельно сопротивлению нагрузочной вил-
ки. Во избежание разряда батареи нагрузочная вилка не должна быть
включена более чем на 5 с. Значение напряжения на зажимах под на-
грузкой характеризует степень зарядки аккумулятора. У исправной ба-
тареи разница между напряжениями на зажимах аккумуляторов под
нагрузкой не должна превышать 0,1 В (при нормальной плотности элек-
тролита).

Глава 19

Дата добавления: 2014-10-31