Аккумуляторные батареи
Устройство аккумуляторных батарей Аккумуляторная батарея предназначена для поддержания питания электрических приборов и электрооборудования автомобиля АКБ содержит 6 или 12 отдельно взятых аккумуляторов, которые соединены между собой последовательно АКБ состоит из: § отдельно взятых аккумуляторов, количество которых определяет вольтаж АКБ (6 или 12) § моноблока , который состоит из крышки и корпуса § электролита
Отдельно взятый аккумулятор состоит из двух полублоков – полублок катодных и полублок анодных пластин, сепаратора, перемычки и вывода Полублок состоит из положительных или отрицательных пластин, соединённых в виде гребёнки. Соединение гребёнкой – это параллельное соединение пластин. Сепаратор предназначен для разъединения положительных и отрицательных пластин, а также обеспечить доступ к электролитам и пластинам. Моноблок состоит из крышки и корпуса. Корпус состоит из отдельно изолированных блоков, в которые вставляется отдельно взятый аккумулятор. В блоке имеются опорные рёбра, на которые опираются пластины отдельно взятого аккумулятора. Пространство между рёбрами – это мусоросборник. Он предназначен для сбора отработанной активной массы. Блок выполнен из кислостойкой пластмассы или эбонита. Крышка имеет 6 или 12 отверстий, которые предназначены для заливки электролита/ дистиллированной воды, для проверки уровня электролита, для вентиляции водорода. В крышку вворачиваются пробки, в которых выполнены отверстия для выхода образовавшегося кислорода и водорода в атмосферу. Пробка предназначена для выхода газов и предотвращения выплёскивания электролита из корпуса. В пробке имеется защитная пластина, предотвращающая резкий выход жидкости.
Типы АКБ n Обслуживаемые АКБ легко узнать по эбонитовому корпусу и черной мастике, которая залита сверху. Такой аккумулятор дает возможность сменить блок пластин одной или нескольких банок, если между пластинами произошло короткое замыкание. Срок службы обслуживаемых аккумуляторов не превышал 3 лет, и были чрезвычайно капризны. Как минимум, один раз в неделю они требовали контроля плотности электролита, и дозарядки малым током. Кроме того эбонитовый корпус менее прочен, чем пластиковый, и при ударе раскалывается. Мастика тоже имеет существенный недостаток - со временем от грязи и перепадов температуры она теряет свои изоляционные свойства, отчего аккумулятор начинает очень быстро самопроизвольно разряжаться.
n Частично Обслуживаемые На смену обслуживаемым аккумуляторам пришли частично обслуживаемые. Они отличались хорошей вибрационной устойчивостью, и требовали значительно меньше трудозатрат по обслуживанию. Они представляли собой запаянный корпус из композитных материалов, с торчащими из него клеммами. При этом, на крышке аккумулятора имелись пробки для доступа к электролиту, находящемуся в аккумуляторе. Именно конструкция пробок позволила сделать аккумулятор мало обслуживаемым. Секрет заключался в небольшом лабиринте, который находился внутри пробки. Благодаря ему, испарения из банки конденсировались в пробке и обратно сливались в банку. Такая конструкция позволила значительно реже производить контроль плотности электролита, и соответственно, значительно реже ее корректировать. Нормой для контроля электролита в таких аккумуляторах считается 1 месяц.
n Необслуживаемые АКБ представляют собой плотно запаянный корпус, из которого выходит только дренажная трубка. Даже опрокинув такой аккумулятор на бок, из него электролит не выливается. Он не требует доливки электролита, нет необходимости контроля его заряженности. Некоторые производители, в крышку таких аккумуляторов устанавливают специальный глазок, для контроля плотности электролита. Если аккумулятор разряжен полностью, глазок отсвечивает красным цветом. При разрядке на половину, отсвечивание будет производиться желтым цветом. А если аккумулятор заряжен на все 100%, цвет глазка будет зеленым. Но работает это устройство только в одной банке аккумулятора, контролируя плотность только в ней, а это не всегда корректно, поскольку плотность электролита в разных банках необслуживаемого аккумулятора может отличаться.
Электролит для заливки в АКБ готовят из серной кислоты (ГОСТ 667 -73) и дистиллированной воды (ГОСТ 6709 -72). При подготовке электролита следует пользоваться руководством по эксплуатации автомобиля. Для надёжной работы аккумуляторных батарей необходима высокая степень чистоты электролита. 30% + 70% = Нельзя применять техническую серную кислоту и недистиллированную воду, так как при этом ускоряются самозарядка, сульфатация и разрушение пластин, и уменьшается ёмкость. При приготовлении электролита серную кислоту льют тонкой струёй в воду, одновременно помешивая раствор чистой стеклянной палочкой. Нельзя наливать воду в кислоту, так как при этом выделяется большое количество тепла в верхних слоях раствора, и электролит будет разбрызгиваться из ёмкости и при попадании на тело может вызвать ожоги. Смешивать электролит следует в кислостойкой эбонитовой, фарфоровой или освинцованной посуде.
Для приготовления электролита в случае использования кислот различной плотности может быть использована таблица 5. 6
Определение степени зарядки АКБ Степень зарядки АКБ проверяют измерением плотности электролита, приведённой к температуре +25 С°. В зависимости от климатических районов эксплуатации автомобиля и времени года используется электролит разной плотности. Разница плоскостей электролита в элементах одной аккумуляторной батареи не 3 должна превышать 0, 01 г/см. В противном случае необходимо долить электролит 3 3 плотностью 1, 4 г/см или дистиллированную воду. Электролит плотностью 1, 4 г/см можно доливать только тогда, когда АКБ полностью заряжена. Плотность электролита в элементах АКБ следует измерять после доливки электролита или дистиллированной воды. Необходимо следить за состоянием АКБ, разряженную батарею более чем на 25% зимой и 50% летом необходимо, сняв с автомобиля подзарядить. В случае необходимости частой подзарядки АКБ необходимо обязательно выявить и устранить причину.
Проверка уровня электролита Одним из важнейших условий надёжной работы АКБ является поддержание необходимого уровня электролита в её элементах. Уровень электролита проверяют через заливные отверстия с помощью стеклянной трубки с внутренним диаметром 5 мм. Трубку следует опустить в аккумулятор до упора в предохранительный щиток, затем плотно закрыть пальцем или грушей ее наружное отверстие и вынуть. Столбик электролита в трубке покажет его уровень в аккумуляторе. Уровень электролита в каждой секции моноблока должен быть на 10 -15 мм выше предохранительного щитка, установленного над сепараторами. В батареях с индикатором электролит должен быть на одном уровне с ним или чуть выше. В случае понижения уровня электролита из-за испарения воды следует добавить в батарею дистиллированную воду с температурой от 15 до 25 °С. Проверять уровень электролита рекомендуется на остывшей заряженной АКБ или после длительной поездки, так как в этом случае происходит кипение электролита, повышение его температуры и испарение дистиллированной воды. Если уровень электролита выше нормального, его следует отсосать резиновой грушей, иначе он будет выливаться из аккумулятора.
Возможные неисправности и техническое обслуживание АКБ. При эксплуатации аккумуляторных батарей возникают следующие неисправности: окисление выводов n трещины в мастике и крышках аккумуляторов n ускоренный саморазряд n пониженный уровень электролита n сульфатация пластин n короткое замыкание пластин n
Окисление выводов « + » и « —» ускоряется при попадании на них электролита, отсутствии смазки и неплотном креплении проводов. Окисление повышает сопротивление в цепи всех потребителей, особенно стартера, а поэтому затрудняется пуск двигателя и нарушается работа потребителей электрической энергии. Трещины в мастике и крышках аккумуляторов При трещинах в мастике и крышках аккумуляторов электролит выплескивается на поверхность крышек и вызывает замыкание плюсовых и минусовых выводов аккумуляторов, что приводит их к саморазряду. Электролит и грязь с поверхности крышек удаляют протиркой тряпкой, смоченной 10%-ным раствором нашатырного спирта или кальцинированной соды. Затем крышки протирают насухо. Поврежденные крышки и мастику заменяют.
Ускоренный саморазряд при бездействии Пониженный уровень аккумуляторной батарей допускается с потерей емкости не более 1% в сутки. электролита Причинами более быстрого саморазряда являются замыкание выводов Пониженный уровень электролита в аккумуляторов грязью или электролитом; аккумуляторах может явиться замыкание пластин активной массой, высыпавшейся на дно бака; разрушение следствием испарения и электролиза воды, а также следствием утечки его сепараторов, попадание в электролит грязи; применение недистиллированной через трещины в мастике, крышках и воды и загрязненной серной кислоты. стенках бака. Верхняя часть пластин, Признаки ускоренного саморазряда: не закрытая электролитом, быстрое уменьшение емкости, разрушается и сульфатируется, что напряжения и плотности электролита в I снижает емкость аккумуляторной нерабочем состоянии аккумуляторной батареи. Повышают уровень батареи. При большом саморазряде электролита доливкой аккумуляторную батарею разбирают и устраняют неисправности, либо заменяют дистиллированной воды. При утечке на новую АКБ. электролита в аккумуляторы доливают электролит такой же плотности, как внутри аккумуляторов.
Сульфатация пластин — образование крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца (сульфата) на поверхности и в порах активной массы пластин. У сульфатированных пластин не вся активная масса участвует в работе, а поэтому снижается ёмкость аккумулятора и всей аккумуляторной батареи. На поверхности пластин образуются белые пятна. Сульфатация пластин ускоряется при длительном хранении аккумуляторной батареи без подзаряда, повышенной плотности электролита, большом саморазряде и загрязнении электролита. Сульфатированная аккумуляторная батарея быстро разряжается при резком падении напряжения. При заряде такой батареи быстро повышается напряжение и возникает бурное газовыделение при незначительном увеличении плотности электролита. Сульфатацию пластин исправляют длительным зарядом малой силы тока при низкой плотности электролита. Сильно сульфатированные пластины не восстанавливаются.
Короткое замыкание пластин Короткое замыкание разноимённых пластин сопровождается «кипением» электролита, снижением ёмкости и напряжения аккумуляторной батареи. Причинами этого могут стать: разрушение сепараторов, коробление пластин, выпадение из них активной массы, что влечёт за собой частую перезарядку аккумуляторной батареи и повышенную её вибрацию из-за ослабления креплений. В этом случае аккумуляторная батарея подлежит замене.
Техническое обслуживание аккумуляторных батарей При первом техническом обслуживании очищают аккумуляторную батарею от грязи и электролита. Проверяют и при необходимости подтягивают крепление аккумуляторной батареи в гнезде. Прочищают заостренной палочкой газоотводные отверстия в пробках или крышках аккумуляторов. Проверяют состояние и надежность крепления наконечников проводов к выводам аккумуляторной батареи. Окисленные наконечники и выводы зачищают щеткой с металлическим ворсом или абразивной бумагой, а затем смазывают тонким слоем вазелина. Проверяют уровень электролита в каждом аккумуляторе батареи при помощи стеклянной трубки. При необходимости доливают только дистиллированную воду. При втором техническом обслуживании измеряют денсиметром плотность электролита в каждом аккумуляторе. Во всех аккумуляторах батареи плотность электролита не должна отличаться более чем на 0, 01 г/см 3
Зарядка АКБ Заряд при постоянной силе тока осуществляется посредством зарядного устройства, которое включает реостат или другие регуляторы и обеспечивает полный заряд АКБ. Недостаток этого метода заключается в обильном газовыделении в конце заряда, что сопровождается разбрызгиванием электролита. Избежать этого нежелательного явления можно, используя двухступенчатый заряд. Величина тока первой ступени обычно устанавливается равной 10% от номинальной (Сном) емкости батареи (например, для аккумулятора 55 Ач ток первой ступени составит 5, 5 А). Исправная АКБ при этом за 4 -6 часов «набирает» до 90% своей емкости. Затем ток уменьшают в 2 -3 раза и продолжают процесс до полного заряда аккумулятора. Степень заряда определяют с помощью ареометра: у полностью заряженной АКБ плотность электролита, достигнув определенного уровня, в течение дополнительных часов заряда не увеличивается.
Заряд при постоянном напряжении отличается простотой, ведь для его поддержания не нужны регулирующие устройства: АКБ подключают к источнику питания с постоянным напряжением. В процессе заряда ток устанавливается «автоматически» : с увеличением электродвижущей силы аккумулятора начальный большой ток постепенно уменьшается и к концу заряда понижается практически до нуля. Такой режим исключает бурное газовыделение и позволяет зарядить АКБ на 90 -95%. Для 12 -вольтовой батареи напряжение заряда составляет 14, 4 -15, В. Этот способ тоже не лишен недостатков: вследствие большой силы тока в начале заряда возможен перегрев сильно разряженной батареи. В условиях низких температур из-за резкого увеличения внутреннего сопротивления батареи заряд также затрудняется. В режиме постоянного напряжения работают автомобильные системы подзаряда аккумуляторов (генераторы), установленных на машинах. Так как полный заряд (тем более перезаряд) АКБ в данном случае невозможен, рекомендуется периодически (1 -2 раза в сезон) проводить полный заряд батареи от стационарного зарядного устройства при постоянной силе тока.
Типовая маркировка АКБ На каждой батарее в соответствии с требованиями международных стандартов должна быть маркировка, содержащая информацию о её напряжении, номинальной емкости, назначении и конструктивном исполнении. На рис. показана типовая маркировка, применяемая на АКБ, выпускаемых в России и Европе. Маркировка российских АКБ, наносимая в соответствии с требованиями ГОСТ 959 -2002, выполняется по следующей схеме: "6 СТ-60 А 1" (1) - Цифра, указывающая число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее (6 или 3), характеризующая её номинальное напряжение (12 или 6 В соответственно). (2) - Буквы, характеризующие назначение батареи по функциональному признаку (СТ - стартерная). (3) - Число, указывающее номинальную емкость батареи в амперчасах (А/ч). (4) - Буквы или цифры, которые содержат дополнительную информацию об исполнении батареи (при необходимости) и материалах, примененных для её изготовления, например: "А" - с общей крышкой, буква "3" - залитая и полностью заряженная (если ее нет - батарея сухозаряженная), слово "необслуживаемая", - для батарей, соответствующих требованию ГОСТ по расходу воды, "Э" - корпус-моноблок из эбонита, "Т" -моноблок из термопластичной пластмассы, "М" -сепаратор типа мипласт из поливинилхлорида, "П"-сепаратор-конверт_из_полиэтилена. Например, условное обозначение батареи "6 СТ-60 А 1" указывает, что батарея состоит из шести аккумуляторов, соединенных последовательно. Таким образом, её номинальное напряжение - 12 В. По своему назначению батарея стартерная, её номинальная емкость - 60 А/ч при 20 -часовом режиме разряда. Батарея изготовлена в моноблоке с общей крышкой в сухозаряженном исполнении.
Европейские стандарты маркировки АКБ В структуре кодов как по DIN, так и по ETN, значение первых трех Условное обозначение цифр одинаково. Они показывают номинальное напряжение и батарей, применяемое емкость батареи. Для 6 -вольтовых батарей первые три цифры большинством (от 001 до 499) представляют собой номинальную емкость в европейских ампер-часах. Для наиболее распространенных 12 -вольтовых производителей, АКБ номинальную емкость можно получить, вычитая 500 из представляет собой трехзначного числа (от 501 до 799). Таким образом, если пятизначный код по первая цифра обозначения равна 5, то емкость батареи немецкому стандарту DIN от 1 до 99 А/ч, если 6 - от 100 до 199 А/ч, (например, 560 19) или а если 7 - от 200 до 299 А/ч. девятизначный код по международному Например, ёмкость батареи типа 560 19 (по DIN) стандарту ETN (например, или 560 059 042 (по ETN) - 60 А/ч. Последние две цифры в обозначении по 560 059 042). DIN и вторая тройка цифр в обозначении по ETN характеризуют размеры и тип полюсных выводов, конструкцию крепежных элементов, тип газоотвода, тип крышки, наличие ручек и вибропрочность данного варианта конструктивного исполнения АКБ. Число из трех последних цифр в обозначении по ETN составляет 0, 1 от величины тока холодной прокрутки по EN. Для приведенного выше примера ток холодной прокрутки равен: I=042 x 10=420 А. Для сопоставительного пересчета величины тока по EN в DIN применяют коэффициент 1, 7:
Разновидности АКБ n Никелево-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы Никелево-кадмиевый тип аккумулятора выпускается в разных странах мира примерно с 1950 года. На сегодняшний день более 50% всех аккумуляторов для портативного оборудования являются никелево-кадмиевыми. Основные преимущества этого типа аккумуляторов: низкая стоимость; высокая устойчивость к перепадам температур; хорошая устойчивость к большим токам заряда и разряда, так как малое внутреннее сопротивление позволяет отдавать большие токи (другие типы аккумуляторов это не устраивает); большое количество циклов <заряда-разряда>. Среди всех типов аккумуляторов никелево-кадмиевый - единственный, который лучше всего отдает максимальную емкость, обеспечивает большое количество циклов заряда, разряда, если периодически осуществляются глубокие разряды (до 1 В на элемент). Недостатки никелево-кадмиевого типа аккумулятора: наличие так называемого <эффекта памяти>; данный тип аккумулятора экологически загрязнен, так кадмий является высокотоксичным веществом. Также появляются дополнительные проблемы с его переработкой; сравнительно низкая удельная емкость, хотя и не во всех случаях это является критичным.
n Никелево-металлогидридный (Ni-MH) тип аккумулятора Известны на рынке с конца 80 -х годов. Толчком к разработке и производству этого типа аккумуляторов явилась, главным образом, их более высокая плотность энергии по сравнению с Ni-Cd. Некоторые из отличительных преимуществ сегодняшнего Ni-MH типа аккумулятора по сравнению с Ni. Cd: большая удельная ёмкость (при тех же габаритных размерах значение емкости на 30% больше) меньший вес; менее склонен к <эффекту памяти>; в состав данного типа аккумулятора входит меньшее количество токсичных металлов, и в настоящее время он считается экологически чистым. К сожалению, Ni-MH тип аккумулятора обладает и недостатками по сравнению с Ni-Cd типом аккумулятора, а именно: имеет гораздо меньшее количество циклов заряда разряда (см. главу о количестве циклов); цена Ni-MH типа аккумулятора выше, чем Ni-Cd, хотя и не всегда может быть главной проблемой, если пользователь предпочитает небольшой размер и вес; температурный режим работы меньше, чем у Ni-Cd типа аккумулятора. по сравнению с Ni-Cd и Li-Ion типом аккумулятора, у Ni-MH типа аккумулятора самая низкая нагрузочная способность - не может отдавать большие токи; этот тип аккумуляторов <боится> глубоких разрядов, так как долговечность батареи непосредственно связана с глубиной разряда; саморазряд более чем в 1, 5 раза выше, чем у Ni-Cd типа аккумулятора, что является важным параметром при хранении; Ni-MH не любит большого зарядного тока, как Ni-Cd, так как в процессе зарядки выделяется значительно большее количество тепла. Кроме того, в зарядном устройстве требуется более сложный алгоритм для обнаружения полного заряда, чем для Ni-Cd типа аккумулятора. Современная Ni-MH батарея оборудована внутренним считывателем температуры, чтобы помочь обнаружению полного заряда. Перезаряд аккумулятора в дешевом зарядном устройстве (ЗУ) (не имеющем автоматического отключения) может привести к перегреву и полному разрушению аккумулятора.
Литиево-ионный (Li-Ion) тип аккумуляторных батарей Производство литиево-ионного типа аккумуляторов началось в начале 90 -х годов. На сегодняшний день самым большим поставщиком этого типа батареи является компания Sony. Главные преимущества литиево-ионного типа аккумуляторов: высокая удельная емкости Li-Ion, по крайней мере, в два раза большей, чем у Ni-Cd типа аккумулятора; Литий - очень легкий металл, имеет самый большой электрохимический потенциал и обеспечивает самое большое содержание энергии; имеет относительно низкий саморазряд и в нем полностью отсутствует <эффект памяти>. Благодаря низкому саморазряду время от времени можно дозаряжать и не совсем разряженный аккумулятор. Количество циклов <заряда-разряда> по данным большинства производителей (так как у каждого производителя свои технологии и соответственно количество циклов несколько отличается) немного больше, чем у Ni-MH типа аккумулятора. Основные недостатки литиево-ионного (Li-Ion) типа аккумуляторов: высокая стоимость; Малый диапазон рабочих температур, хотя это и не всегда является критичным фактором. В конструкции современных литиево-ионного (Li-Ion) типа аккумуляторов присутствуют так называемые smart-микросхемы. Это позволяет управлять зарядным устройством таким образом, чтобы процесс зарядки был наиболее эффективным в зависимости от проработавшего количества циклов <заряда- разряда>.
Свинцово-кислотный (LEAD ACID) тип аккумуляторов В отличие от других типов аккумуляторов свинцово-кислотная батарея обычно используется, когда нужна большая емкость, требования к весу не критические и стоимость батареи должна сохраниться низкой. Достоинства герметичных свинцово-кислотного (SLA) типа аккумуляторов: относительно невысокая стоимость; полное отсутствие <эффекта памяти>; низкий саморазряд; в современных герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах, в зависимости от средней глубины разрядки, количество циклов может достигать 800 -1000! Недостатки SLA-батарей: среди перезаряжающихся батарей SLA имеют самую низкую удельную емкость, хотя во многих случаях это может быть и некритичным; в отличие от Ni-Cd SLA страшны глубокие циклы разряда (это непосредственно ведет к сокращению количества циклов <заряда-разряда>).
Оценка - 4 Достаточно полно и с наличием схем и картинок изложена информация
Скачать презентацию Аккумуляторные батареи Устройство аккумуляторных батарей Аккумуляторная батарея
Устройство аккумуляторных батарей2.ppt