Embedded Files
Стартерна батарея 12 В має шість акумуляторів включеих послідовно, які розділені між собою перегородками і знаходяться всередині моноблока з поліпропілену. Акумулятор включає набір негативних та позитивних пластин. Ці набори, у свою чергу, складаються з пластин (свинцева решітка та активна маса) та мікропористого матеріалу (сепаратор), який ізолює пластини протилежних полярностей. Сепаратори утворюють кишені, в які занурюються пластини.
Електроліт є розчином сірчаної кислоти, який проникає в пори пластин і сепаратори, а також у порожнечі гальванічних елементів. Полюсні виводи, сполучні елементи гальванічних елементів та перемички пластин виконані зі свинцю; щілини у перегородках міжелементних з'єднань ретельно ущільнені. Для забезпечення герметичного зв'язку цільної кришки з корпусом акумуляторної батареї використовується процес гарячого опресування. У традиційних батареях кожен акумулятор має пробку, яка служить для первинного заповнення, обслуговування та відведення газів, що виникають при зарядці.
На сьогоднішній день у нових транспортних засобах встановлюються виключно батареї, які не потребують обслуговування, оскільки для них не потрібна регулярна перевірка рівня електроліту водієм. Зовні вони повністю закриті. Але незважаючи на це вони мають отвори для виведення газів, щоб газ, що виникає в невеликих кількостях при зарядці від генератора, міг випаровуватися.
Конструкція стартерної акумуляторної батареї:
1 - кришка моноблока батареї, 2 - кришка полюсів, 3 - міжелементне з'єднання, розміщене всередині моноблока батареї, 4 - міжелементна перегородка, 5 - полюсний вивід, 6 - пробки під захисною кришкою, 7 - баретка, 8 - моноблок, 9 - відбортування, 10 - позитивні пластини в сепараторах-конвертах, 11 - негативні пластини
Моноблок (поз. 8) - корпус батареї, складається з кислотостійкого ізоляційного матеріалу (поліпропілену) і має в більшості типів конструкцій відбортування (поз. 9) для фіксації в транспортному засобі.
Моноблок поділяється на акумулятори (банки) за допомогою перегородок. Акумулятори є основним елементом батареї. В них знаходяться блоки пластин (поз. 10, 11) з позитивними і негативними пластинами та сепараторами. Послідовне включення комірок відбувається за допомогою міжелементних з'єднань (поз. 3), розміщених всередині моноблока, які забезпечують з'єднання через отвори в стінках комірок.
Акумулятори з блоками пластин закриваються та запечатуються загальною кришкою моноблока (поз. 1), утворюючи нерозбірну конструкцію.
Блоки пластин складаються з паралельних негативних і позитивних пластин (решітчастих пластин), а також з сепараторів (поз. 10). Ємність комірок залежить, зокрема, від кількості та площі даних пластин. Їхня товщина обирається в залежності від використання батареї і варіюється в діапазоні між 1 і 3 мм.
Будова блоку пластин
Електрод кожної полярності складається з активної маси, нанесеної на струмовідвід решітчастої конструкції (решітку). Струмовідвід акумулятора виконує подвійну функцію. Він є не тільки провідником першого роду, по якому електрична енергія, що генерується активною масою, передається за допомогою мостів, борнів і перемичок у зовнішній електричний ланцюг, а й служить конструкційним елементом, що забезпечує механічне утримання активної маси і можливість паралельного з'єднання електродів між собою в блоки за допомогою вушок. Він являє собою сітку, що складається з вертикальних або похилих ребер і горизонтальних жилок, розташованих усередині прямокутної рамки. У верхній частині рамки виконано вушко, яке служить для паралельного з'єднання електродів у блок за допомогою полюсного містка (баретки).
Види струмовідводів (решіток) акумулятора
1 - штампований; 2 - литий; 3 - просічно-розтяжний
Активна маса позитивної пластини включає пористий діоксид свинцю (РbО2, коричнево-помаранчевого кольору), негативної пластини - чистий свинець (Pb, металевого сіро-зеленого кольору) у формі «губчастого свинцю», тобто у дуже пористій формі.
При виробництві активної маси для батареї з оксиду свинцю (PbO), який містить 5...15 % металевого свинцю (сірий оксид), що вільно розподіляється, в змішувачі шляхом додавання води (H2O), розведеної сірчаної кислоти (H2SO4) і при необхідності додаткових добавок і коротких синтетичних волокон отримуємо тістоподібну масу. При цьому утворюються базові сульфати свинцю. Оксид свинцю та металевий свинець частково зберігаються. Все ще тістоподібна маса наноситься на свинцеву решітку і там твердне.
У ході заключного формування при електрохімічному перетворенні даної маси при початковій зарядці активна маса утворює вже готову пластину; це виконується виключно виробником акумуляторних батарей.
Технології виготовлення решіток
Сурм'яниста (класична) технологія
Зниження рівня електроліту та збільшення саморозряду залежить від складу свинцевого сплаву для решіток пластин: зі збільшенням домішок відбувається погіршення властивостей. Чистий свинець недостатньо жорсткий для виготовлення решіток, тому для збільшення механічної міцності і ливарних властивостей до нього зазвичай додається сурма.
Сурма служить затверджувачем, звідси свинець для решіток також називають «гартблей» (сурм'янисто-свинцевий сплав). Все ж таки сурма значною мірою відокремлюється в ході експлуатації внаслідок корозії позитивної решітки, переміщується за допомогою електроліту і сепаратор до негативної пластини і «отруює» її, утворюючи локальні елементи. Дані локальні елементи підвищують насамперед саморозряд негативної пластини і зменшують напругу початку газовиділення. В обох випадках результатом є підвищена витрата води при перевантаженні, що, своєю чергою, вимагає вивільнення сурми. Цей механізм самопосилення призводить до поступового скорочення продуктивності протягом експлуатації. Насамперед, у зимовий період незначний зарядний струм призводить до нестачі заряду. Батарея більше не досягає досить високого ступеня зараженості, і необхідно часто перевіряти рівень електроліту.
Так як батареї з сурм'янисто-свинцевим сплавом пристосовані до експлуатації з частими глибокими розрядами, насамперед вони встановлюються у вантажні автомобілі та таксі. Батареї для мотоциклів також ґрунтуються на технології використання сурми, оскільки часте використання у хорошу погоду та тривалі простої у зимовий період зумовлюють встановлення батарей, пристосованих до експлуатації з частими глибокими розрядами.
Однак додавання сурми знижує напругу газовиділення, що призводить до того, що акумулятор починає кипіти при нормальній напрузі генератора. Тому у світовій практиці з'явилися свинцеві сплави зі зменшеним вмістом сурми та безсурм'янисті свинцеві сплави.
Малосурм'яниста технологія
У малосурм'янистих батареях решітки пластин виготовлені методом лиття зі свинцево-сурм'янистого сплаву із вмістом сурми до 1,8%. Зменшення кількості сурми у сплаві дозволило знизити інтенсивність газовиділення з акумуляторів та зменшити саморозряд при відсутності експлуатації (як при зберіганні батареї, так і бездіяльності автомобіля), що призвело до зменшення обсягу технічного обслуговування батарей. Такі батареї прийнято вважати малообслуговуваними. Для збільшення жорсткості решіток і поліпшення ливарних властивостей до сплаву додаються легуючі елементи: мідь - 0,02 - 0,05 %, олово - 0,2 %, селен - 0,02 % та ін.
У батареях цього типу співвідношення ціна - якість для власників автомобілів з невеликою кількістю електричних споживачів (авторадіо, електричні склопідйомники, центральний замок) є оптимальною.
Кальцієва технологія
Найбільш високотехнологічною серед свинцево-кислотних АКБ із рідким електролітом є «кальцієва» батарея. Останнім часом не тільки американські, а й європейські виробники починають віддавати перевагу таким АКБ при встановленні на конвеєрі. Для виготовлення решіток позитивних та негативних пластин застосовується свинцево-кальцієвий сплав з різними легуючими добавками. До сплаву для решіток позитивних пластин додаються легуючі елементи, що зменшують корозію при підзарядці, такі як срібло (до 0,03 %) та олово (до 0,2 %).
Використання сплавів з додаванням кальцію дозволяє практично усунути газовиділення з акумуляторів (при напрузі 14 В) та саморозряд, що робить такі акумуляторні батареї повністю необслуговуваними.
Чим менший вміст сурми (а в кальцієвих АКБ її взагалі немає) у сплаві решіток позитивних електродів, тим гірше АКБ переносять глибокі розряди (тобто розряди нижче 50 % стану зарядженості), і навіть перезаряди. Причина цього криється в поступовому, незворотному утворенні непровідного корозійного шару з оксиду свинцю PbO в місці контакту позитивної решітки та активної маси, який збільшує внутрішній опір АКБ, що, у свою чергу, погіршує її ємнісні та стартерні характеристики.
Стійкість до глибоких розрядів кальцієвих АКБ підвищують добавками в сплав решіток олова (яке діє аналогічно до сурми, але набагато менш ефективно) і присадками фосфорної кислоти в електроліт. Усі ці заходи повною мірою зазначену проблему не вирішують. Добавки срібла пригнічують корозійні процеси на поверхні решіток і підвищують стійкість кальцієвих АКБ до перезарядів і до роботи в умовах підвищених температур, але не мають жодного відношення до покращення стійкості кальцієвих АКБ до глибоких розрядів.
Кальцієві акумуляторні батареї мають також найкращі стартерні властивості та збільшений термін служби (до 6 років). Однак кальцієві батареї не рекомендується використовувати на автомобілях з можливим глибоким розрядом батареї, наприклад, у таксі та на автомобілях з великим розкидом за напругою генератора (напруга має бути відрегульована!).
Гібридна технологія
У 70-х роках минулого століття американські інженери розробили та впровадили АКБ із пластинами зі свинцево-кальцієвого сплаву. Ці АКБ мають один недолік - вони надзвичайно схильні до впливу глибокого розряду. Оскільки з суто технічної точки зору головна проблема «кальцієвої» батареї - обплив активної маси на позитивній пластині АКБ, було вирішено залишити позитивну пластину малосурм'янистою.
Функцію затверджувача для негативної пластини замість сурми виконує кальцій. Кальцій електрохімічно неактивний при існуючих співвідношеннях потенціалів свинцевої батареї. При цьому немає отруєння негативної пластини, а саморозряд виключається. Важливим є також стабільно висока напруга газовиділення протягом усього терміну експлуатації та знижена витрата води, на відміну від сурм'янисто-свинцевого сплаву.
Ще однією перевагою гібридної батареї є просте виготовлення. Негативні решітки зі сплавом кальцію виготовляють здебільшого шляхом витяжки, а позитивні грати зі сплаву сурми, що піддаються більш сильним механічним навантаженням внаслідок корозії, - шляхом лиття.
Застосування таких решіток в акумуляторах дозволяє мінімізувати їх технічне обслуговування, тобто долив дистильованої води і підзарядку, тому гібридні акумуляторні батареї вважаються необслуговуваними. Гібридні акумуляторні батареї мають також кращі стартерні властивості, стійкість до глибокого розряду батареї.
Проте внаслідок вмісту сурми гібридні батареї не відповідають існуючим на сьогодні вимогам до незначної витрати води в легкових автомобілях (<1 г/А∙год).
Сепаратори
Так як батареї транспортних засобів повинні заощаджувати місце і вагу, позитивні та негативні пластини розташовані близько одна до одної, зазвичай, на відстані від 0,8 до 1,5 мм між собою. Вони не повинні стикатися, інакше батарея відразу вийде з ладу внаслідок короткого замикання. Тому до останнього часу в батареї використовували ребра на дні для фіксації пластин. Додатково розміщувалися перегородки між окремими пластинами блоку.
В сучасних акумуляторних батареях здебільшого використовуються сепаратори-конверти (пакетного типу).
Схематичне зображення перерозподілу електроліту при використанні сепаратора-конверту:
а - традиційні батареї, б - батареї, що не обслуговуються, з конвертами;
1 – пробка, 2 – рівень електроліту в батареї, 3 – електрод, 4 – сепаратор-конверт, 5 – призми шламового простору, 6 – сепаратор-картка, H – висота батареї, h1 - висота електрода; h2 - запас електроліту в батареях з сепаратором-карткою; h3 – висота призм; h2 + h3 - запас електроліту в батареях із сепаратором-конвертом
Сепаратори пакетного типу сучасних батарей стежать за тим, щоб між пластинами різної полярності залишалося достатньо місця і вони були електрично відокремлені одна від одної (гальванічно ізольовані). В якості матеріалу сепаратора використовується пористий, стійкий до окислення і кислот поліетилен, в який загортають як в пакет негативні і позитивні пластини. Сепаратори не повинні перешкоджати міграції іонів у електроліті (сірчаній кислоті). Крім того, вони повинні складатися з кислостійкого, але проникного (мікропористого) матеріалу, щоб кислота батареї могла проходити крізь них. Мікропориста структура необхідна також тому, що дрібні волокна свинцю, що проходять через сепаратор, можуть викликати коротке замикання і тому повинні утримуватись.
Сепаратор-конверт з поліетилену:
1 - поліетиленовий шар
При протіканні електродних реакцій у позитивного електрода відбувається більша зміна концентрації і щільності електроліту, ніж у негативного. Тому сторона сепаратора, що звернена до позитивного електрода, виконана ребристою для полегшення доступу електроліту до активної поверхні маси. Висота ребра, зазвичай, перевищує половину товщини електрода. У сучасних модифікаціях сепараторів на стороні, зверненій до негативного електрода, також виконані ребра заввишки 0,2...0,4 мм для поліпшення умов дифузії і цього електрода.
Ребра сепаратора-конверта
Межелементне з'єднання
Окремі комірки батареї включаються послідовно за допомогою міжелементного з'єднання. Для скорочення внутрішнього опору та ваги у високоякісних батареях використовується міжелементне з'єднання, розміщене всередині моноблоку. Межелементне з'єднання окремих комірок батареї забезпечує з'єднання найкоротшим шляхом через перегородки комірок. Таким чином це також запобігає небезпеці короткого замикання від зовнішнього контакту.
Полюсні виводи та клеми батареї
Межелементне з'єднання позитивної пластини першої комірки з'єднується з позитивним полюсом батареї, міжелементне з'єднання негативної пластини останньої комірки - з негативним полюсом. Обидва полюсні виводи є сполучними ланками між бортовою мережею і батареєю і складаються зі сплаву свинцю. Їхня конічна форма забезпечує міцну посадку і гарний контакт з клемами батареї. Між цими двома полюсними виводами створюється напруга близько 12 В.
Позитивний вивід (термінал) більше негативного для виключення можливості неправильного підключення акумуляторної батареї.
Розміри полюсних виводів акумуляторної батареї
До полюсних виводів за допомогою спеціальних клем підключаються з'єднувальні дроти транспортного засобу. Для виключення неправильного приєднання з'єднувальних дротів до полюсів (неправильна полярність) вони мають спеціальне позначення і, крім того, різну форму (негативний полюс має менший діаметр, ніж позитивний).
Існує три види терміналів:
бічний термінал з внутрішнім різьбленням, характерний для акумуляторних батарей північноамериканського ринку,
циліндричний термінал,
L-подібний термінал, що використовується переважно на вантажних автомобілях.
Ряд батарей може оснащуватися одночасно як бічними, так і верхніми терміналами.
Конструкція полюсних виводів (терміналів)
Залежно від наявного простору та розташування агрегату в транспортному засобі потрібні батареї з різними розмірами та розташуванням приєднувального полюса. Найпоширеніша схема з'єднання - пряма полярність. Зворотна полярність відрізнятиметься прямо протилежним розташуванням полюсних виводів.
Розташування полюсних виводів (терміналів):
а, в - пряма полярність; б - зворотна полярність
Кришка батареї
Залежно від типу батареї, існує два типи виконання кришки батарей:
лабіринтна кришка (з газопроводом),
цільнолита кришка.
Конструкція кришок акумуляторних батарей:
а - лабіринтна кришка, б - цільнолита кришка
У кришці моноблоку з газопроводом газ, що утворюється під час заряджання, виводиться з батареї через шланг. Кришка моноблока має заглушку для кожного акумулятора, яку можна видалити для доливання та обслуговування. Для батарей, що не потребують обслуговування, такі заглушки не встановлюються.
Лабіринтна кришка, містить систему каналів, в яких гази, що утворилися в процесі роботи АКБ, конденсуються і залишаються в батареї - на відміну від АКБ з вентиляційними пробками, де вони просто випаровуються, постійно знижуючи загальний рівень електроліту. Така конструкція кришки сприяє заощадженню води, продовжуючи термін служби АКБ. А у випадках, коли несправність електросистеми автомобіля призводить до бурхливого газоутворення через перевищуючі струми системи, передбачені в конструкції кришки «пламегасники» забезпечують повну пожежну безпеку батареї.
Лабіринтна кришка акумуляторної батареї
У цілісній кришці газопровід і лабіринт не передбачені. У даному випадку газ виходить через заглушки, в яких передбачені отвори для виведення газу.
Батареї, у яких відсутні отвори для доливки води і є тільки атмосферний зв'язок внутрішньої порожнини з навколишнім середовищем через невеликі вентиляційні отвори на торцях кришки, зазвичай забезпечені індикатором стану зарядженості: кулька-поплавець зеленого кольору розташована над пластинами і спливає, коли електроліт при заряді досягає певної щільності.
Схема роботи індикатора стану зарядженості батарей:
а - акумулятор заряджений (заряд більше 65%) - зелене вічко,
б - акумулятор розряджений (заряд менше 65%), потрібен підзаряд - чорне вічко,
в - рівень електроліту низький, акумулятор повинен бути замінений - біле вічко
Ця величина відповідає мінімальному ступеню зарядженості (62...64 % від номінального значення), при якому індикатор починає давати інформацію про працездатність батареї в пусковому режимі. Подальше підвищення густини електроліту (до 100 % заряду) не змінює показання індикатора (колірне відображення), що є недоліком даного пристосування. У разі зниження рівня електроліту до оголення пластин індикатор перестає інформувати водія про стан зарядженості батареї.
При індикаторі, що працює, його інформація відноситься тільки до одного з шести акумуляторів батареї. У тих випадках, коли виникає дефект в іншому акумуляторі, де немає індикатора, інформація індикатора стає марною, яка не відображає загальний стан (працездатність) батареї. Застосування індикатора забезпечує корисну інформацію про стан батареї у випадках, коли остання не містить дефекту виробничого характеру.
Page updated
Report abuse