Устройство автомобиля

Пособие по устройству автомобиля

 

Аккумуляторная батарея

Какое назначение аккумуляторной батареи на автомобиле?

Аккумуляторная батарея на автомобиле служит для питания электрическим током всех потребителей, когда двигатель не работает или работает на холостом ходу.

Какие аккумуляторные батареи используют на автомобиле?

На автомобиле устанавливают свинцово-кислотные, железо-никелевые и серебряно-цинковые аккумуляторные батареи. Наибольшее применение получили свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, как менее дорогие в изготовлении и которые могут отдавать большой разрядный ток для питания стартера при пуске двигателя. Поэтому их еще называют стартерными.

Из чего состоит свинцово-кислотная аккумуляторная батарея?

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея состоит из отдельных аккумуляторов, соединенных последовательно. Так как напряжение каждого аккумулятора 2 В, то для получения 12 В в батарею последовательно соединяют 6 аккумуляторов.

Что будет, если в батарею соединить 6 аккумуляторов параллельно?

При параллельном соединении аккумуляторов в батарею ее напряжение будет равно напряжению одного аккумулятора (2 В), а емкость увеличится во столько раз, сколько соединено аккумуляторов в батарею.

Чему будет равна емкость батареи при последовательном соединении аккумуляторов?

При последовательном соединении аккумуляторов в батарею ее емкость останется равной емкости одного аккумулятора, а напряжение увеличится во столько раз, сколько соединено аккумуляторов в батарею.

Как устроен аккумулятор?

Каждый аккумулятор состоит из положительных и отрицательных пластин, опущенных в кислотоупорный сосуд с электролитом и разделенных между собой сепараторами. Каждая пластина изготовлена (отлита) в виде решетки из свинца с добавлением 6-8% сурьмы для увеличения прочности и улучшения литейных качеств свинца (рис.85, а). В ячейки решетки запрессована активная масса, состоящая из порошкообразных окислов свинца, замешанных на растворе чистой аккумуляторной серной кислоты. Активная масса отрицательных пластин состоит из свинцового глета с небольшим добавлением свинцового сурика; положительных – из свинцового сурика с небольшим количеством свинцового глета и некоторых других компонентов, улучшающих характеристики аккумулятора. Свинцовый глет, сурик и другие компоненты тщательно размельчают до порошкообразного состояния, при котором они хорошо окисляются. Эту смесь хорошо перемешивают и замешивают на растворе серной кислоты с дистиллированной водой до пастообразного состояния. Полученную пасту вмазывают в ячейки решетки, прессуют, подсушивают и формуют, пропуская через них небольшой силы постоянный зарядный ток в электролите.

Устройство аккумулятора

Рис.85. Устройство аккумулятора:
а – пластины; б – аккумулятор; в – заряд; г – разряд аккумулятора.

Паста становится пористой и обладает большой активной поверхностью, по которой определяется емкость аккумулятора. После формовки активная масса положительных пластин превращается в двуокись свинца PbO2 и приобретает коричневый цвет; отрицательных – в губчатый свинец Pb и приобретает серый (стальной) цвет.

Установив пластины в кислотоупорный сосуд 3 с электролитом так, чтобы они были покрыты электролитом выше верхнего края на 10-15 мм, и соединив их проводами с гальванометром 4 (рис.85, б), увидим, что в цепи потечет электрический ток. Аккумулятор будет разряжаться. При этом ток в электролите протекает от отрицательной пластины к положительной. На отрицательной пластине образуется сернокислый свинец PbSO4 в результате соединения губчатого свинца пластин с кислотным остатком SO4 из электролита. На положительной пластине под действием разрядного тока двуокись свинца PbO2 также превращается в сернокислый свинец PbSO4, поглощая из электролита кислотный остаток SO4 и отдавая в электролит кислород O2. Кислород с положительной пластины, соединяясь с водородом, оставшимся в электролите в результате распада серной кислоты, образует воду H2O. При разрядке уменьшается количество серной кислоты в электролите, а следовательно, и плотность электролита. Разряжать аккумулятор можно только до напряжения не ниже 1,7 В. Количество электричества, которое аккумулятор может отдать во время разрядки потребителям без ущерба для себя, называется емкостью аккумулятора и измеряется в ампер-часах (A·ч). Очевидно, что емкость аккумулятора зависит от активной поверхности пластин и их количества.

Разряженный аккумулятор можно зарядить, пропустив через его пластины и электролит постоянный электрический ток заданной силы. Для этого выводные клеммы соединяют параллельно с источником постоянного электрического тока, например, генератором 5 (рис.85, в). Во время работы генератора электрический ток будет проходить от положительной пластины к отрицательной, а реакции в аккумуляторе будут протекать, обратные разрядке аккумулятора. При этом количество серной кислоты в электролите увеличится, а плотность электролита повысится. В конце зарядки напряжение аккумулятора достигнет 2 В и, когда вся активная масса положительных пластин превратится в двуокись свинца РbO2, отрицательных – в губчатый свинец Рb, будет про исходить разложение воды в электролите на водород и кислород. Газы, выделяясь, создают бурление («кипение») электролита. По этому признаку судят о конце зарядки аккумулятора. Если к такому аккумулятору подключить лампочку 6 (рис.85, г), то она будет ярко гореть. Аккумулятор снова начнет разряжаться. Реакции, происходящие при разрядке и зарядке аккумулятора, можно описать химической формулой:

Реакции, происходящие при разрядке и зарядке аккумулятора

Каким путем можно увеличить емкость аккумулятора?

Емкость аккумулятора можно повысить путем увеличения размеров пластин как по площади, так и по толщине. Но это ведет к увеличению размеров аккумулятора, что затрудняет установку его на автомобиле. Поэтому пластину как бы разрезают на отдельные, у каждой из которых отлит хвостовик 2 (рис.85. а). Это позволяет собирать одноименные (положительные или отрицательные) пластины в полублоки с помощью бареток 6 (рис.86) с выводными штырями. Положительные пластины 3 и отрицательные 1 соединяют параллельно в полублоки. При этом емкость аккумулятора увеличивается во столько раз, сколько пластин в полублоке, а компактность аккумулятора улучшается. После соединения получают два полублока пластин: положительных 4 и отрицательных 5. Причем отрицательных пластин в полублоке на одну больше. Это необходимо для того, чтобы положительные пластины находились между отрицательными, так как во время работы они больше окисляются и коробятся.

Аккумуляторная батарея

Рис.86. Аккумуляторная батарея.

Как собирают полублоки пластин в блоки?

Собранный полублок положительных пластин вводят между отрицательными, а чтобы они не соприкасались, между ними устанавливают изоляционные прокладки 2 (рис.86), называемые сепараторами. Материал сепаратора должен быть электроизолятором и устойчивым к действию серной кислоты, кислорода, прочным, иметь малое электрическое сопротивление, легко пропускать ионы электролита. Этим требованиям удовлетворяет микропористый эбонит, (мипор), микропористая пластмасса-полихлорвинил (мипласт), пластипор, порвинил.

Сепараторы из этих материалов изготовляют в виде ребристых многодырчатых пластин. Ребрами сепаратор должен быть обращен к положительной пластине, что необходимо для лучшего проникновения электролита к активной массе пластины. На некоторых аккумуляторах вместе с сепаратором прокладывают тонкий слой стекловолокна. На ранних выпусках аккумуляторов сепараторы изготовляли из древесины, а затем из древесины и хлорвинила или древесины и стекловолокна. Сверху на собранный блок 7 устанавливают дырчатый щиток 8, изготовленный из винипласта.

Собранные аккумуляторы устанавливают в кислотоупорный сосуд (бак) 9 так, чтобы они плотно входили в свою нишу. Сверху аккумулятор закрывают крышкой 11 из эбонита или фенолита и заливают кислотоупорной мастикой 10 из нефтяного битума и авиационного масла. В крышке выполнены отверстия для выводных штырей и для заливания электролита. Отверстие для заливания электролита закрывают пробкой 13 с отверстием 14 для сообщения с атмосферой. На некоторых аккумуляторах отверстие для сообщения с атмосферой выполнено отдельно от заливного отверстия. При этом уровень электролита во время его доливания устанавливается автоматически.

Из чего изготовляют кислотоупорный сосуд (бак)?

Кислотоупорный сосуд (бак) 9 (рис.86) изготовляют из эбонита или асфальтопековой массы с тонкими кислотостойкими полихлорвиниловыми или полистирольными вставками. В нижней части сосуда выполнены ребра 15, на которые опираются пластины. В межреберном пространстве накапливается шлам, выпадающий из пластин. Эта предотвращает короткое замыкание пластин и саморазряд аккумулятора.

Как аккумуляторы соединяют в батарею?

Установленные в кислотоупорный сосуд аккумуляторы соединяют последовательно с помощью соединительных свинцовых перемычек 12 (рис.86). На оставшиеся свободными два штыря (положительный «+» и отрицательный «–») наплавляют свинцовое утолщение. Они являются выводными клеммами. Отрицательную клемму «–» толстым многожильным проводом со специальными зажимами подсоединяют на массу автомобиля. Положительную клемму «+» таким же проводом, но изолированным от массы, подсоединяют на выводную клемму стартера и в цепь электрооборудования автомобиля. Внутреннюю полость сосуда каждого аккумулятора заливают электролитам так, чтобы он был выше верхнего края пластин на 10-15 мм.

Что такое электролит, как его приготавливают?

Электролит представляет собой раствор химически чистой серной (аккумуляторной) кислоты H24 плотностью 1,83 г/см3 в дистиллированной воде Н2О. Для приготовления электролита берут кислотоупорный сосуд (стеклянный, эбонитовый, пластмассовый) и наливают в него дистиллированную воду. Затем тонкой струей вливают кислоту в воду и помешивают при этом стеклянной или эбонитовой палочкой, чтобы кислота равномерна смешивалась с водой (табл.6). Периодически денсиметром (ареометром) проверяют плотность электролита и доводят ее до величины, указанной заводом-изготовителем (обычно плотность электролита находится в пределах 1,21-1,31 г/см3, приведенная к 15°С). Нельзя вливать воду в кислоту, так как она бурно реагирует с кислотой и тут же закипает, разбрызгиваясь. Брызги могут попасть на открытые части тела и вызвать ожоги, а попадая на хлопчатобумажные ткани, прожигать их. Поэтому во время приготовления электролита необходимо надевать защитные очки, резиновые перчатки и фартук. В случае попадания серной кислоты на тело следует до оказания медицинской помощи осторожно ватой снять кислоту и промыть пораженное место под струей воды, а затем 5% -ным раствором соды.

6. Соотношение серной кислоты и дистиллированной воды для получения электролита требуемой плотности

Плотность
электролита,
приведенная
к 15°С, г/см3

На литр воды
доливать
серной кислоты
плотностью 1,83 г/см3

1,23
1,25
1,27
1,29

0,280
0,310
0,345
0,385

В зависимости от климатических зон, где эксплуатируется аккумуляторная батарея, и времени года подбирают соответствующую плотность электролита (табл.7), так как с понижением температуры электролита емкость аккумуляторной батареи уменьшается на 1% на каждый градус. Например, если номинальная емкость батареи 6СТ-75ЭМС автомобиля ГАЗ-53А при 30°С равна 75 А·ч, то при 0°С она уменьшится на 30% и составит только 53 А·ч. Это объясняется тем, что с понижением температуры повышается плотность электролита, а это затрудняет его проникновение к мелким порам активной массы пластин и они как бы отключаются из работы батареи.

7. Плотности электролита для разных климатических зон

Климатические зоны

Время
года

Плотность электролита, приведенная к 15°С, г/см3

заливаемого в
аккумуляторную
батарею

по
окончании
зарядки

С резко континентальным климатом
и температурой зимой ниже минус 40°С

Северные районы с температурой
зимой до минус 40°С

Центральные районы с температурой
зимой до минус 40°С

Южные районы

Тропики

Зима
Лето

В течение года

 

То же

»

»

1,29
1,25

1,27

 

1,25

1,23

1,21

1,31
1,27

1,29

 

1,27

1,25

1,23

В каком состоянии заводы-изготовители отправляют аккумуляторные батареи потребителям?

В настоящее время заводы-изготовители отправляют аккумуляторные батареи потребителям в сухозаряженном виде, то есть заряженные, но без электролита. Такие батареи удобнее транспортировать, их можно хранить в таком состоянии до трех лет.

Как привести сухозаряженную батарею в рабочее состояние?

Для приведения сухозаряженной аккумуляторной батареи в рабочее состояние необходимо освободить вентиляционные отверстия, залить электролит в каждый аккумулятор так, чтобы его уровень был выше верхнего края пластин на 10-15 мм. Плотность электролита должна соответствовать заряженному аккумулятору, сезону и климатической зоне. Залитая электролитом аккумуляторная батарея должна постоять 2-3 ч для того, чтобы он проник в поры активной массы пластин, после чего снова проверить уровень электролита в каждом аккумуляторе и при необходимости долить. Подзарядить аккумуляторную батарею силой тока, равной 0,1 емкости батареи, в течение 5 ч. Если плотность электролита к концу заряда не соответствует норме, то доливать дистиллированную воду (если плотность повышена) или электролит плотностью 1,4 г/см3 (если плотность понижена), ее доводят до нормы.

Какой гарантийный срок аккумуляторных батарей?

Гарантийный срок службы аккумуляторных батарей находится в пределах 18-24 месяца при правильной их эксплуатации и хранении.

Как маркируют аккумуляторные батареи?

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи маркируют (обозначают) путем нанесения соответствующих букв и цифр на внешней части сосуда (бака) или на соединительной перемычке. Значение букв и цифр расшифровывается так: 6СТ-90ПМС (батарея автомобиля ЗИЛ-130). Первая цифра 6 указывает на количество аккумуляторов в батарее. Напряжение каждого аккумулятора 2 В, поэтому напряжение батареи 6×2=12 В; буквы СТ указывают, что батарея стартерного типа, то есть может отдавать большой разрядный ток при пуске двигателя стартером, а если ТСТ, то буква Т указывает, что она предназначена для работы в тяжелых условиях. Число 90 после букв указывает, что емкость батареи 90 А·ч при 20-часовом режиме разрядки; первая буква после цифр – на материал бака (П – пластмасса, Э – эбонит, Т – термопласт); вторая и третья буквы – на материал сепаратора (М – мипласт, Р – мипор, С – стекловойлок) .

В чем преимущества малообслуживающих аккумуляторных батарей?

В настоящее время разработаны и переданы для изготовления на Подольский аккумуляторный завод новые образцы необслуживаемых и малообслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, срок службы которых значительно увеличен. Характерной особенностью этих батарей есть то, что решетку пластин отливают из свинца с добавлением только 1,5-2,5 % сурьмы или ее заменяют кальцием, что повышает коррозионную стойкость и напряжение батареи, при котором начинается интенсивное газовыделение. Каждую пластину после запрессовки в нее активной массы и формовки устанавливают в сепаратор, изготовленный из материала, хорошо пропускающего электролит и ионы к пластине, но задерживающего осыпающийся из пластин шлам. Поэтому на дне сосуда отсутствуют ребра, что позволило снизить высоту батареи и увеличить количество электролита в ней. Бак 2 изготавливают из морозостойкого полипропилена, который легче эбонита или асфальтопековой пластмассы и имеет большую прочность. Соединение аккумуляторов короткой перемычкой 3 находится под крышкой батареи (рис.87, а), которая соединяется с сосудом 2 контактно-тепловой сваркой (рис.87, б). Уплотнительная мастика у них отсутствует. Для уменьшения испарения дистиллированной воды из электролита применяют пробки с вентиляционными отверстиями, закрытыми пористыми мембранами, которые легко пропускают из аккумулятора водород и кислород, но задерживают пары воды. Поэтому ее нужно доливать реже, а так как бак батареи прозрачен, то водитель всегда видит уровень электролита в нем. Если на клеммы не попадает электролит, то отпадает потребность в их очистке. Все это позволило повысить срок службы батарей до 5 лет.

Малообслуживаемая аккумуляторная батарея

Рис.87. Малообслуживаемая аккумуляторная батарея:
а – соединение пластин и аккумуляторов в батарею; б – общий вид батареи.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Источники электрического тока на автомобиле»

, , , ,

Смотрите также: