Курсовая работа (т): Техническое обслуживание аккумуляторных батарей

Если мощность, потребляемая включенными потребителями, превышает мощность, развиваемую генератором, аккумуляторная батарея, разряжаясь, обеспечивает питание потребителей одновременно с работающим генератором. Автомобильные аккумуляторные батареи называются стартерными, так как их используют, прежде всего, для питания пускового электродвигателя - стартера.

Аккумуляторные батареи при малых габаритах, массе и стоимости должны обладать большой емкостью, малыми сопротивлением и саморазрядом, большими сроком службы и прочностью, быть надежными в эксплуатации. При пуске холодного двигателя стартером аккумуляторные батареи должны обеспечивать отдачу большой силы тока при малом падении напряжения.

Назначение автомобильной аккумуляторной батареи понятно каждому мало-мальски сведущему в технических вопросах автолюбителю. С первой ее функцией - обеспечением запуска двигателя - мы сталкиваемся каждый день. Есть и вторая - реже применяемая, но от того не менее значимая - использование в качестве аварийного источника питания при выходе из строя генератора.

Все стартерные батареи, выпускаемые в настоящее время для автомобилей, являются свинцово-кислотными. В основу их работы заложен известный еще с 1858 г., и по сей день остающийся практически неизменным принцип двойной сульфатации.

Как наглядно видно из формулы, при разряде батареи (стрелка вправо) происходит взаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин с электролитом (серной кислотой), в результате чего образуется сульфат свинца, осаждающийся на поверхности отрицательно заряженной пластины и вода. В итоге плотность электролита падает. При зарядке батареи от внешнего источника происходят обратные электрохимические процессы (стрелка влево), что приводит к восстановлению на отрицательных электродах чистого свинца и на положительных - диоксида свинца. Одновременно с этим повышается плотность электролита.

Любая автомобильная батарея представляет собой корпус - контейнер, разделенный на шесть изолированных ячеек - банок (моноблоков) (см. рис.1).

Каждая банка является законченным источником питания напряжением порядка 2.1В. В банке находится набор положительных и отрицательных пластин, отделенных друг от друга сепараторами. Как известно из школьного курса физики, две разнозаряженные пластины уже сами по себе являются источником постоянного напряжения, параллельное же их соединение увеличивает ток. Последовательное соединение шести банок и дает батарею с напряжением порядка 12.6-12.8В. Любая из пластин, как положительная, так и отрицательная, есть ни что иное, как свинцовая решетка, заполненная активной массой. Активная масса имеет пористую структуру с тем, чтобы электролит заходил в как можно более глубокие слои и охватывал больший ее объем. Роль активной массы в отрицательных пластинах выполняет свинец, в положительных - диоксид свинца.

Вес залитой АКБ емкостью 55 А/ч составляет около 16.5 кг. Эта цифра складывается из массы электролита - 5 кг (что соответствует 4,5 л), массы свинца и всех его соединений - 10 кг, а также 1 кг, приходящегося на долю бака и сепараторов.

Выводы большинства отечественных и импортных аккумуляторных батарей имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение надежного контакта с клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации и имеют стандартные размеры. Причем положительный вывод батареи по диаметру больше отрицательного, что исключает возможность нарушения полярности при установке батареи на автомобиль.

На верхней поверхности батареи расположены отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор батареи, закрываемые пробками. Пробки имеют вентиляционные отверстия для вывода газов, образующихся в процессе работы батареи. У новых незалитых батарей вентиляционные отверстия закрыты специальными герметизирующими приливами, которые при заливке в батарею электролита удаляются (срезаются). Электролит, заливаемый в аккумуляторную батарею, представляет собой раствор химически чистой аккумуляторной кислоты с дистиллированной водой. Для предотвращения замерзания электролита при эксплуатации аккумуляторной батареи в зимних условиях плотность регламентируется в зависимости от климатических условий эксплуатации.

Плотность электролита при эксплуатации в различных климатических районах

Для увеличения срока службы аккумулятора решетки положительных пластин, прочность которых в результате окисления при заряде уменьшается, имеют большую толщину, чем отрицательные пластины.

Для уменьшения коробления крайней положительной пластины, ввиду значительного изменения объема ее активной массы при разряде аккумулятора, у большинства батарей положительных пластин в блоке устанавливают на одну меньше, чем отрицательных. Благодаря этому обе стороны подвергаются одинаковому изменению объема активной массы, и она меньше коробится.

Для увеличения емкости и уменьшения внутреннего сопротивления в каждом аккумуляторе устанавливают по несколько штук пластин. К мостикам с выводами приваривают ушки одноименных пластин. Полублоки отрицательных и положительных пластин собирают в блок, при этом соприкосновение разноименных пластин предотвращается сепараторами.

Сепараторы изготавливают из кислотостойких материалов - микропористой пластмассы (мипласта), микропористого эбонита (мипора), стекловолокна и др.

Одна сторона сепараторов, изготовленных из мипора или мипласта, имеет ребра, которые обращены к положительным пластинам. При такой установке сепараторов обеспечивается лучший доступ электролита в поры активной массы положительных пластин, что способствует повышению емкости аккумулятора.

При установке двойных сепараторов к положительным пластинам ставят сепаратор из стекловолокна, что уменьшает оползание активной массы, вследствие чего увеличивается срок службы пластин.

Сепаратор из стекловолокна замедляют диффузию электролита в пластины, что являются причиной снижения напряжения и емкости батарей, особенно при снижении температуры электролита.

Над сепараторами в каждом аккумуляторе устанавливают тонкий перфорированный предохранительный щиток из хлорвинила или другого кислостойкого материала для защиты кромок сепараторов от механических повреждений при измерении плотности и ли при проверке уровня электролита.

Минимальный срок службы аккумуляторной батареи с одинарными сепараторами из мипласта или мипора - не менее 18 месяцев при пробеге автомобиля не более 60 тыс. км; для батарей с двойными сепараторами - не менее 24 месяцев при пробеге автомобиля не более 75 тыс. км.

Аккумулятор обычно соседствует с двигателем. А как раз высокой температуры этот агрегат не переносит.

Как отмечает Кейт Мак-Ивен, главный инженер фирмы Lucas Yuasa Batteries Ltd., дальше может быть еще хуже. Вот что он говорит по этому поводу: «Законы, ограничивающие уровень шума, заставляют производителей все тщательнее затыкать любые отверстия в отсеке двигателя, что приводит к повышению температуры в моторном отсеке. На сегодняшний день это, пожалуй, самая большая проблема для производителей аккумуляторов. Ведь верхний предел рабочей температуры этих устройств - 100 градусов 0С, дальше электролит просто закипает. Но даже если температура и не достигает рокового предела, а только к нему приближается, срок службы батарей все равно снижается в три-четыре раза».

Простаивание автомобиля зимой в «пробках» - настоящая проблема для аккумулятора. Работающие одновременно вентилятор, фары, обогреватель заднего окна и стеклоочистители способны забрать больше тока, чем производит генератор. В фирме Lucas подсчитали, что за 45 минут такой работы средний аккумулятор может истощиться настолько, что повторный запуск выключенного двигателя окажется уже невозможным. Для восстановления потребуется не меньше 30 минут нормальной езды, прежде чем можно будет снова остановиться.

Казалось бы, следует просто убрать аккумулятор подальше от двигателя, но это ведет к дополнительным расходам. Придется тянуть к стартеру более длинный провод, который будет «съедать» часть энергии, что потребует увеличить мощность аккумулятора. К тому же этот «ящик с кислотой» окажется тогда близко к пассажирскому отсеку, что небезопасно. И все же, фирмы Audi, BMW, Jaguar и Rolls-Royse убрали аккумулятор из двигательного отсека, а недостатки наличия дополнительного провода уравновесились повышенной надежностью батареи. В моделях класса «супермини» аккумуляторы всегда находились в багажнике.

Есть и другие решения. Например, в новой модели Peugeot 406 устанавливается аккумулятор с двойным корпусом. Между стенками прогоняется воздух, что предохраняет батарею от перегрева.

. Основные характеристики аккумуляторных батарей

Расход воды

Показатель, имеющий непосредственное отношение к степени обслуживаемости батареи - определяется в лабораторных условиях. Батарея считается необслуживаемой, если она имеет очень низкий расход воды в эксплуатации. Необслуживаемые батареи не требуют доливки дистиллированной воды в течение года и более при условии исправной работы регулятора напряжения.

На расход воды прямое влияние оказывает процентное содержание сурьмы в свинцовых решетках пластин. Как известно, сурьма добавляется для придания пластинам достаточной механической прочности. Однако у каждой медали есть обратная сторона. Сурьма способствует расщеплению воды на кислород и водород, следствием чего является выкипание воды и снижение уровня электролита. В батареях предыдущего поколения содержание сурьмы доходило до 10%, в современных этот показатель снижен до 1.5 %.

Панацею от этой беды фирмы-производители видят в освоении гибридной технологии - замене сурьмы в одной из пластин на кальций. Кальций в решетке является веществом нейтральным по отношению к воде, не снижая при этом механической прочности решеток. А потому разложения воды не происходит и уровень электролита остается неизменным.

Долговечность батареи

Средний срок службы современных АКБ при условии соблюдения правил эксплуатации - а это недопущение глубоких разрядов и перезарядов, в том числе по вине регулятора напряжения - составляет 4-5 лет.

Наиболее губительными для батарей являются глубокие разряды. Оставленные на ночь включенными световые приборы, либо другие потребители способны разрядить ее до плотности 1.12 - 1.15 г/см3, т.е. практически до воды, что приводит к главной беде аккумуляторов - сульфатации свинцовых пластин. Пластины покрываются белым налетом, который постепенно кристаллизуется, после чего батарею практически невозможно восстановить. Отсюда вытекает главный вывод - необходимо постоянно следить за состоянием батареи, периодически замерять ее плотность. Особенно актуально это в зимнее время. Следует отметить, что сульфатация в определенных пределах - явление нормальное и присутствует всегда. (На основе теории двойной сульфатации построен принцип работы батарей.). Но при малом разряде и последующей зарядке батарея легко восстанавливается до исходного состояния. Это возможно и при глубоком разряде батареи, но только в том случае, если следом сразу же последует заряд. Если же разряжать батарею длительное время, не давая ей «подпитки», то падение плотности ниже критического значения неизбежно приводит к образованию кристаллов сульфата свинца, не вступающих в реакцию ни при каких обстоятельствах. А это означает, что начался необратимый процесс сульфатации.

Не менее опасен для батареи и перезаряд. Это происходит при неисправном регуляторе напряжения. При этом электролит начинает «кипеть» - происходит разложение воды на кислород и водород, и понижение уровня электролита. В последнее время широкое распространение получили сепараторы карманного типа - т.н. конвертные сепараторы. Их название говорит за себя - в эти конверты помещают одноименно заряженные пластины. Такая конструкция увеличивает срок службы батареи, так как осыпающаяся в процессе эксплуатации активная масса остается в конверте, тем самым предотвращается замыкание пластин.

Маркировка АКБ

На современные аккумуляторные батареи наносится следующая маркировка:

Ёмкость батареи - способность батареи принимать и отдавать энергию - измеряется в ампер-часах (А/ч). Для оценки емкости батареи принята методика 20-ти часового разряда током 0.05С20 (т.е. током, равным 5% от номинальной емкости). Т.е., если емкость батареи 55А/ч, то, разряжая ее током 2.75А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей емкостью 60 А/ч полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда - 3А.

Данная характеристика определяет возможность питать потребителей в экстремальной ситуации (при отказе генератора). Характеризуется объемом активной массы.

Значение тока холодного старта при -18 °С (по DIN) - величина тока, которую батарея способна отдать при пуске двигателя при температуре - 18 °С. Наиболее важная характеристика, напрямую сказывающаяся на пуске двигателя. Ведь при -20 °С ток, потребляемый стартером, составляет порядка 300А. (Для пуска в летнее время горячего двигателя этот же показатель равен 100-120 А). Значение стартового тока определяется конструкцией батареи, пластин, сепараторов. Сепараторы карманного типа без каких-либо других дополнений увеличивают напряжение батареи на 0.3В, одновременно улучшая стартовые характеристики. Чем ниже внутреннее сопротивление батареи, тем выше стартовый ток, тем надежнее пуск двигателя при низких температурах.

Некоторые батареи имеют такую маркировку:

Несмотря на то, что после емкости стоит значение 280А, цифра, интересующая нас и показывающая ток холодного старта по принятому у нас стандарту DIN равна 255 А.

Резервная емкость - время, в течение которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной емкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями батарей после значения тока холодного старта.

Кроме того, на необслуживаемых батареях проставляется соответствующая надпись. Чаще всего на русском, английском или немецком языке, (либо на языке производителя, как, например, на испанских батареях «Tudor»). Большинство АКБ, изготавливаемых в настоящее время известными производителями являются необслуживаемыми. Однако это вовсе не означает, что к ней не нужно подходить и следить за ее состоянием. Производители гарантируют данный показатель только при соблюдении нормальных условий эксплуатации. (Нелишне отметить, что необслуживаемые батареи выпускаются как с пробками для заливки электролита, так и полностью закрытыми). К разряду необслуживаемых могут относиться и сухозаряженные батареи, поставляемые в торговлю, однако они требуют заливки электролита и последующей зарядки.

Несколько рекомендаций при покупке аккумуляторов в магазине. Во-первых, как и любой другой товар, батареи следует приобретать в специализированных магазинах, предоставляющих гарантию. При покупке желательно запастись ареометром. Плотность батареи должна быть не менее 1.25 г/см3 (лучше 1.27) и одинаковой во всех банках. Если же замер плотности в магазине связан с определенными трудностями, можно ограничиться измерением напряжения вольтметром. Оно должно быть не ниже 12.5В (Именно 12.5, а не 12, как нам может казаться достаточным. Напряжение 12В, наносимое на АКБ - это напряжение бортовой сети, на которое данная батарея рассчитана, а вовсе не напряжение батареи).