Конструкция аккумуляторной батареи
Современная аккумуляторная батарея состоит из следующих основных частей:
- моноблок (корпус), служащий резервуаром для электролита;
- крышка;
- пластины;
- сепараторы;
- соединительные выводы.
Моноблок
Первоначально корпус (моноблок) аккумуляторной батареи был деревянным, выложенным внутри листовым свинцом, затем — эбонитовым. Первые корпуса аккумуляторных батарей из синтетических материалов появились в 1941 г. (их начала производить австрийская фирма BAREN), а полипропилен для изготовления корпусов начала использовать американская фирма Johnson Controls. В настоящее время все современные аккумуляторные батареи имеют полипропиленовые корпуса, исключение составляют устаревшие модели, в основном производимые в России с моноблоками из эбонита. Эбонитовый корпус не имеет ни одного бесспорного достоинства, но ему присущи два крупных недостатка: большая масса и нетехнологичность производства. Внутри моноблок любой аккумуляторной батареи разделен на ячейки (три или шесть, в зависимости от напряжения батареи — 6 В либо 12 В) для отдельных блоков пластин.
Крышка
Крышка корпуса закрывает межэлементные соединения батареи и плотно прикрепляется (приваривается) к моноблоку. В обслуживаемых и малообслуживаемых батареях в крышке могут располагаться индикатор уровня плотности электролита (косвенно свидетельствующий о степени заряженности того аккумулятора, в банке которого индикатор установлен) и отверстия для контроля уровня и доливки электролита, закрываемые пробками. Для того чтобы избежать повышения давления внутри закрытого корпуса (т. к. в процессе заряда аккумулятора происходит электролиз находящейся в электролите воды, при этом на положительной пластине выделяется кислород, а на отрицательной — водород) в крышке (или в пробках) выполнены специальные газоотводные каналы. В современных батареях газоотводные каналы имеют форму лабиринта, позволяющего задержать внутри корпуса капли электролита, уносимые газом, и возвратить их в электролит. Тем самым с одной стороны устраняется выход во внешнюю среду вредных кислотных испарений, а с другой — предотвращается потеря электролита. В батареях устаревших конструкций (например, с эбонитовыми корпусами) общая крышка отсутствует, ее роль выполняет мастика, которой заливаются межэлементные перемычки.
Пластины
Пластины аккумулятора обеспечивают протекание основных электрохимических процессов работы батареи. Пластины аккумулятора представляют собой свинцовые решетки с нанесенной на них активной массой. Изначально активная масса решетки представляет собой порошок из мелко размолотого свинца с добавлением легирующих материалов, придающих пластинам необходимые технологичные свойства. Раньше в качестве основного легирующего материала применялась сурьма, сейчас используются сложные сплавы, рецепты которых ведущие мировые производители держат в секрете. В процессе формировки, представляющем собой многократный цикл заряда-разряда, активная масса пластин приобретает кристаллическую структуру, необходимую для правильного функционирования аккумулятора (активная масса положительной пластины преобразуется в PbO2, отрицательной — в Pb). Химическая реакция между активной массой и электролитом происходит на поверхности частиц активной массы, поэтому ее делают пористой, чтобы материал хорошо пропитывался электролитом и в реакции участвовал его максимальный объем. Кроме того, большинство фирм-производителей батарей разрабатывают свою рецептуру легирующих примесей, позволяющих улучшить характеристики пластин. Состав таких примесей и рецептуры результирующих сплавов в значительной степени определяют, насколько надежно и долговечно будет работать аккумулятор.
Сепараторы
Для предотвращения короткого замыкания между разноименно заряженными пластинами между ними располагается изолятор — диэлектрическая прослойка, называемая «сепаратор». На первых аккумуляторах сепаратор представлял собой тонкий лист шпона, позже шпон заменили стекловолокно и микропористый эбонит (мипор). Современные сепараторы изготавливают из микропористой пластмассы (мипласта). В современных батареях сепаратор выполнен в виде конверта, надетого на положительные пластины. Это позволяет повысить надежность аккумуляторных батарей, так как в этом случае оплывающая в процессе длительной работы батареи с положительных пластин активная масса («шлам») остается внутри конверта, а не оседает на дно корпуса и не достигает отрицательных пластин (в результате чего происходит короткое замыкание). Кроме того, конверт-сепаратор дает возможность устанавливать пластины прямо на дно моноблока, что позволяет увеличить объем эффективно используемого электролита при тех же габаритах батареи. В батареях без конверта-сепаратора во избежание короткого замыкания между пластинами блоки пластин устанавливаются на специальные ребра на дне моноблока, в результате чего создается так называемое «шламовое пространство». Это увеличивает габариты батареи и снижает ее надежность. Появление конверта-сепаратора, наряду с изменением рецептуры сплава решеток пластин, позволило создать мало- и необслуживаемые батареи.
Соединительные выводы
Элементы батареи соединяются между собой последовательно с помощью межэлементных соединений (МЭС). Существуют два основных типа МЭС:
- традиционные МЭС, при которых элементы соединяются между собой поверх крышки аккумуляторных батарей. В настоящее время этот вид МЭС применяется в некоторых отечественных батареях и батареях для тяжелых грузовиков (исполнение Heavy Duty);
- МЭС, при которых соединение бареток проходит через стенки секций посредством контактной сварки.
Борны (выходящие наружу корпуса электрические контакты) батарей изготавливаются из свинца и имеют стандартизованные размеры. Расположение, тип и размер выводов следуют из применяемости батарей и указываются в каталогах. Также из каталога аккумуляторных батарей можно узнать размер моноблока и тип фланца крепления моноблока к корпусу автомобиля.
Ряд автомобилей требуют специфического типа моноблока (японские автомобили, некоторые модели BMW) или специфических выводов (японские автомобили с тонкими клеммами и автомобили Ford прежних моделей). Обозначение батареи в каталоге, соответствующее данной модели автомобиля, однозначно указывает на наличие или отсутствие вышеуказанных специфических особенностей.
Если вы решили купить автомобильный аккумулятор с доставкой, обратите внимание на вышеперечисленные особенности.
Источник
Аккумуляторная батарея (АКБ) автомобиля
Видео: Как устроен аккумулятор? Типы аккумуляторов (АКБ). В чём разница и как правильно заряжать? Как обслужить аккумулятор? Какой АКБ лучше? Секреты выбора аккумулятора для автомобиля. Правильная зарядка аккумулятора. Как проверить АКБ (аккумулятор) без нагрузочной вилки?
Аккумуляторная батарея состоит из нескольких (из трех или шести) одинаковых по своему устройству аккумуляторов, соединенных между собой последовательно.
Простейший аккумулятор представляет собой два электрода — свинцовые пластины, опущенные в электролит (раствор серной кислоты и воды). В результате действия электролита на поверхности обеих пластин появляется налет кристаллического сернокислого свинца, а плотность электролита, т. е. содержание в нем серной кислоты, уменьшается.
Обязательным условием работы аккумулятора является зарядка, т. е. пропускание через него электрического тока. При зарядке происходит химическая реакция, приводящая к увеличению плотности электролита и изменению состава поверхностного слоя пластин. Пластина, соединенная с положительным полюсом генератора, покрывается слоем перекиси свинца, а пластина, соединенная с отрицательным полюсом, — чистым губчатым свинцом.
Если заряженный таким образом аккумулятор соединить, например, с электрической лампочкой, то она загорится. Произойдет разрядка аккумулятора, в результате которой выделится электрическая энергия и произойдут обратные химические превращения пластин и электролита. При этом плотность электролита уменьшится, а пластины снова покроются налетам сернокислого свинца. Количество запасенной аккумулятором электрической энергии зависит в основном от количества участвующих в химических превращениях соединений свинца, т. е. от количества активной массы пластин. Чем больше активной массы на пластинах аккумулятора, тем больше электрической энергии он может накопить при зарядке.
Аккумулятор состоит из бака 1 с электролитом, положительных 11 и отрицательных 12 пластин, отделенных одна от другой изоляционными пластинами — сепараторами 10.
Сечение бака прямоугольной формы. Бак изготовляется из кислотостойкой пластмассы или эбонита и имеет на дне ребра 13, на которые опираются пластины.
Рис. Устройство аккумуляторной батареи: 1 — бак; 2 — межэлементное соединение; 3 — пробка; 4 — заливное отверстие; 5 — крышка аккумулятора; 6 — заливочная мастика; 7 — штырь; 8 — мостик баретки; 9 — предохранительный щиток; 10 — сепаратор; 11 — положительная пластина; 12 — отрицательная пластина; 13 — ребра
Пластины, как отрицательные, так и положительные, отливаются из свинца и делаются решетчатыми, чтобы в них поместилось больше активной массы. Для прочности решеток в свинец добавляется немного сурьмы. Решетки пластин заполняются активной массой, состоящей в основном из соединений свинца.
Количество запасаемой (и отдаваемой при разрядке) аккумулятором электрической энергии зависит не только от количества активной массы, «о и от размера ее поверхности, соприкасающейся с электролитом. Чтобы увеличить эту поверхность, в аккумуляторе устанавливается по нескольку одноименных пластин, соединенных в полублоки: полублок отрицательных пластин и полублок положительных пластин. Каждый из этих полублоков имеет свою выгодную клемму — штырь 7.
При сборке полублоков в один блок положительные пластины вставляются между отрицательными, а между пластинами помещаются сепараторы.
Сепараторы изготовляются из специально обработанного дерева, микропористой пластмассы или из стекловолокна. Они предупреждают короткое замыкание пластин и в то же время свободно пропускают через себя электролит.
Отрицательных пластин в блоке всегда на одну больше, чем положительных. Это делается для того, чтобы лучше использовать площадь положительных пластин и предохранить их от разрушения. Собранный блок пластин вставляется в бак.
Аккумулятор закрывается сверху крышкой 5, имеющей два отверстия для штырей 7 — положительного и отрицательного — и одно отверстие 4 с резьбой для пробки аккумулятора. Через это отверстие заливается электролит и контролируется его уровень. В пробке 3 имеется вентиляционное отверстие, сообщающее полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода газов, выделяющихся при химических реакциях. В некоторых батареях для этой цели служат специальные отверстия в крышках.
Аккумуляторы при помощи межэлементных соединений 2 (свинцовых пластин) соединяются в батарею. После сборки батареи края крышек аккумуляторов заливаются специальной кислотостойкой мастикой 6.
В качестве электролита для свинцовых аккумуляторных батарей используется раствор химически чистой серной кислоты и дистиллированной воды. Соотношение кислоты и воды в электролите определяется после зарядки по его плотности с помощью ареометра. После зарядки плотность электролита должна соответствовать климатическим условиям эксплуатации автомобиля: в северных районах плотность электролита должна быть выше, в южных — ниже.
Плотность вещества есть величина, измеряемая массой вещества в единице объема. Численно она совпадает с удельным весом.
Так, для южных районов плотность электролита независимо от времени года должна быть 1,25, для центральных — 1,27, для северных — 1,29. Для районов с резко континентальным климатом плотность электролита зимой должна быть 1,31 и летом 1,27.
Состояние заряженности исправной аккумуляторной батареи и плотность ее электролита связаны между собой определенной зависимостью, что позволяет по плотности электролита судить о состоянии аккумуляторов батареи.
Степень заряженности аккумуляторов батареи проверяется также при помощи нагрузочной вилки. Если вольтметр нагрузочной вилки показывает 1,7 в без снижения напряжения в течение 5 сек, то аккумулятор исправен и полностью заряжен. Если напряжение аккумулятора под нагрузкой меньше 1,5 в, то он разряжен.
Таблица. Плотность электролита и степень разряженности аккумуляторной батареи
| Климатические районы | Нормальная плотность электролита | Предельно допустимая плотность при разрядке | |
| на 25% (зимой) | на 50% (летом) | ||
| Северные | 1,29 | 1,25 | 1,21 |
| Центральные | 1,27 | 1,23 | 1,19 |
| Южные | 1,25 | 1,21 | 1,17 |
Быстрое падение напряжения аккумулятора под нагрузкой свидетельствует о неисправности аккумулятора. Держать нагрузочную вилку включенной свыше 5 сек нельзя: аккумулятор быстро разрядится.
Исправный и заряженный свинцовый аккумулятор независимо от количества в нем пластин дает ток напряжением 2 в.
Для получения большего напряжения аккумуляторы соединяются последовательно: батарея из трех аккумуляторов имеет напряжение 6 в, из шести — 12 в. Часто вместо одной 12-вольтовой батареи на автомобиле устанавливаются две 6-вольтовые. Соединяются батареи в этом случае последовательно.
Рис. Специальная пробка аккумулятора: 1 — предохранительный диск; 2 — центральная трубка; 3 — вентиляционное отверстие; 4 — резиновая шайба; 5 — корпус пробки
Количество электричества, отдаваемое полностью заряженной аккумуляторной батареей при разрядке ее током определенной силы до предельно допустимого напряжения, называется емкостью аккумуляторной батареи. Емкость измеряется в ампер-часах.
Аккумуляторные батареи маркируются условными обозначениями, наносимыми на межэлементные соединения. Так, например, маркировка 3-СТ-70-ПМ означает следующее: первая цифра «3» — количество последовательно соединенных в батарее аккумуляторов, буквы «СТ» — что это батарея стартериого типа. Цифра «70» обозначает емкость аккумуляторной батареи, которая равна 70 ампер-часам. Буква «П» указывает на материал, из которого изготовлен бак; в данном случае из асфальтопековой массы с кислотостойкими вставками. Если вместо буквы «П» стоит буква «Э», значит бак эбонитовый; если «В» — бак из асфальтопековой массы, но без кислотостойких вставок. Наконец, последняя буква характеризует материал сепараторов: «Д» — деревянные, «М» — мипор, мипласт или различные комбинированные пластмассовые материалы.
Для обеспечения работоспособности аккумуляторной батареи при полном погружении ее в воду, что необходимо для автомобилей Урал-375 и других специальных автомобилей, способных преодолевать броды большой глубины, применяют специальные пробки, которые ввинчиваются в отверстия крышек аккумуляторов взамен стандартных пробок.
В обычных условиях специальная пробка через отверстие 3, вырезы в предохранительном диске 1 и канал центральной трубки 2 сообщает полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода газов, выделяющихся при работе аккумулятора.
При погружении аккумуляторной батареи в воду вода, проникая через отверстие. 3 внутрь пробки, несколько поджимает воздух, находящийся в полостях пробки и аккумулятора. Противодействие давления поджатого воздуха предотвращает дальнейшее поступление воды в полость специальной пробки и, следовательно, в полость аккумулятора. Высота центральной трубки подобрана с таким расчетом, чтобы обеспечить нормальную работу аккумуляторной батареи при практически любой глубине преодолеваемого брода.
Источник