Требования предъявляемые к конструкциям устройствам и принципу работы аккумуляторной батареи
Министерство образования иркутской
области
Государственное бюджетное
профессиональное образовательное учреждение Иркутской области
Иркутский колледж автомобильного
транспорта и дорожного строительства
Специальность 050501:
Профессиональное обучение (автомобильный транспорт: техническое обслуживание и
ремонт автомобильного транспорта)
Курсовая работа
Тема:
Требования, предъявляемые к
конструкциям устройствам и принципу работы аккумуляторной батареи
Тюкавкин Андрей Юрьевич
Руководитель: А.Н. Ловцов
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1.
Теоретические основы аккумуляторной батареи
1.1 Устройство
и принцип работы аккумуляторной батареи
1.2 Требования,
предъявляемые к аккумуляторным батареям
1.3.
Эксплуатация аккумуляторной батареи
Вывод по главе 1
Глава 2. Конструкция аккумуляторной батареи
.1 Моноблоки, крышки, пробки
.2 Межэлементные перемычки, выводы
2.3
Сепараторы
Вывод по главе 2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Производители аккумуляторных батарей делают все возможное, чтобы
пользователь мог избежать любых проблем, связанных с нарушениями режима их
использования. Поэтому батареи таких производителей - это не просто сборка из
аккумуляторов, соединенных перемычками, но и разные дополнительные элементы:
плавкие предохранители, предохранители многократного действия, термисторы,
термовыключатели и многое другое.
Аккумуляторная батарея (далее по тексту АКБ) автомобиля, обеспечивает
питание всех энергопотребителей до запуска двигателя автомобиля, на стоянке
[1]. Кроме того, аккумулятор "подключается к работе" и тогда, когда
генератор не в состоянии выдать ток, необходимый для нормального питания
потребителей.
От аккумуляторной батареи зависит работа не только вспомогательных
приборов установленных на автомобиле, но и непосредственное энергообеспечение
тех узлов, которые отвечают за запуск и работу двигателя. Поэтому иметь
правильно подобранную, по всем параметрам, аккумуляторную батарею, на борту
вашего автомобиля, которая соответствовала бы эксплуатационным характеристикам
очень важно. Здесь сразу приходит на ум сценка из фильма "Берегись
автомобиля", с севшим аккумулятором. И если в кино все смотрится наивно и
даже сюжетно-привлекательно, то в настоящей жизни ирония будет уже не уместна.
Автомобильный аккумулятор является важным элементом электрооборудования -
наряду с генератором выступает источником тока. В автомобиле аккумуляторная
батарея выполняет несколько функций:
питание стартера при запуске двигателя;
питание потребителей при выключенном двигателе;
питание потребителей в дополнение к генератору при включенном двигателе.
При совместной работе с генератором аккумуляторная батарея обеспечивает
переходные процессы, требующие большого тока, а также сглаживает пульсацию тока
в электрической сети.
Правильная эксплуатация любого типа АКБ обеспечивает его долгую и
надежную работу, что не только позволяет экономить финансы, но и гарантирует
большую безопасность и комфорт при езде на автомобиле [2].
Цель исследования: Изучение принципа работы, конструкции и
устройства аккумуляторной батареи.
Задачи исследования:
) Рассмотреть теоретические основы аккумуляторной батареи
) Изучить принцип работы аккумуляторной батареи
) Определить основные составляющие аккумуляторной батареи
Объект исследования: конструкция, устройство и принцип работы
аккумуляторной батареи.
Предмет исследования: требования к работе аккумуляторной батареи.
Методы исследования: теоретический анализ технической литературы,
практический разбор конструкции.
Глава 1. Теоретические основы аккумуляторной батареи
1.1 Устройство и принцип работы
аккумуляторной батареи
Базовый принцип работы свинцово-кислотного
аккумулятора (АКБ), определяемый термином «двойная сульфатация», был разработан
(изобретен) более полутора веков назад в районе 1860 года и с тех пор никаких
принципиальных новшеств не претерпел. Появилось достаточное количество
специализированных моделей, но устройство аккумулятора выпущенного вчера в
Японии или производимого сегодня в России или в Германии, такое же, как и
устройство самой первой батареи собранной «на коленке» во Франции, с
неизбежными улучшениями и оптимизацией.
АКБ в обычном автомобиле предназначен для работы
стартера при запуске двигателя и для устойчивого снабжения заданного
вольтажа электроэнергией, многочисленного электрооборудования [3]. При этом
роль автомобильного аккумулятора, как «энергетического буфера», при
недостаточном поступлении энергии от генератора не менее важна. Типичный пример
подобного режима - при работе двигателя на холостых оборотах во время стоянии в
пробке. В такие моменты весь электропакет и дополнительное сервис-оборудование
запитаны только от аккумулятора. Критически важна роль кислотного аккумулятора
при аварийных форс-мажорах: поломка генератора, регулятора напряжения,
выпрямителя тока, при обрыве ремня генератора.
Устройство кислотной АКБ (свинцово-кислотного)
различного назначения, от разных производителей отличается не принципиально и в
тезисной форме выглядит следующим образом:
1. пластиковый контейнер-корпус из инертного,
устойчивого к агрессивной среде материала;
2. в общем корпусе располагается несколько
модулей-банок (как правило шесть), которые являются полноценными источниками
тока и соединяются между собой тем или иным способом в зависимости от основных
задач;
. в каждой банке располагаются плотные пакеты,
состоящие последовательно из разделенных диэлектрическими сепараторами
отрицательно и положительно заряженных пластин (свинцовый катод и анод из
диоксида свинца соответственно). Каждая пара пластин является источником тока,
их параллельное соединение кратно увеличивает выдаваемое на напряжение;
4. пакеты залиты раствором химически чистой серной
кислоты, разбавленной до определенной плотности дистиллированной водой.
В процессе работы кислотного аккумулятора на катодных
пластинах образуется сульфат свинца и выделяется энергия в виде электрического
тока [4]. За счет выделяемой в процессе электрохимической реакции воды
плотность кислотного электролита падает, он становится менее концентрированным.
При подаче напряжения на клеммы в процессе зарядки происходит обратный процесс
с восстановлением свинца до металлической формы и повышается концентрация
электролита.
Устройство щелочной батареи аналогично таковому у
кислотного. Но положительно и отрицательно заряженные пластины имеют другой
элементный состав, а в качестве электролита используется раствор едкого кали
определенной плотности. Есть и другие отличия - в самом корпусе контейнера,
выводе клемм и в наличии мелкосетчатой «рубашки» вокруг каждой отдельной
пластины.
Отрицательные катоды традиционного щелочного
аккумулятора выполнены из губчатого кадмия с примесью губчатого железа,
положительные - из гидроокиси трехвалентного никеля с добавлением чешуйчатого
графита, добавка которого, обеспечивает лучшую электропроводность катода. Пары
пластин параллельно соединяются между собой в банках, которые тоже соединены
параллельно. В процессе зарядки щелочного аккумулятора двухвалентный никель в
гидрате закиси меняет валентность до значения «8» и превращается в гидрат
окиси; соединения кадмия и железа восстанавливаются до металлов [5]. При
разрядке процессы противоположны.
К достоинствам щелочного типа относятся:
· внутреннее устройство обеспечивает повышенную
устойчивость к механическим нагрузкам, в том числе к тряске и ударам;
· разрядные токи могут быть значительно
выше, чем у кислотного аналога;
· в принципе отсутствует
испарение/выделение вредных веществ с газами;
· легче и меньше при равных емкостях;
· имеют очень высокий ресурс и служат в
7-8 раз дольше;
· для них не является критичными
перезаряд или недозаряд;
· эксплуатация их проста.
По достижении максимального возможного заряда и при
продолжении подключения к зарядному устройству никаких отрицательных
электрохимических процессов с элементами не происходит. Просто начинается
электролиз воды на водород и кислород с ростом концентрации едкого кали и
падением уровня электролита, что безопасно и легко компенсируется добавлением
дистиллированной воды.
Рис. 1 Аккумуляторная батарея
Очевидно, что имеются показатели, по которым этот тип
аккумуляторов хуже кислотного:
· использование дорогостоящих материалов повышает
стоимость на единицу емкости до четырех раз;
· более низкое - 1,25В против 2 и выше
В - напряжение на элементах [6].
1.2 Требования предъявляемые к
аккумуляторным батареям
Учитывая сложные условия работы, к автомобильным
аккумуляторным батареям предъявляется ряд требований, выполнение которых
обеспечивает их высокую эксплуатационную надежность. В перечне этих требований
высокая механическая прочность, работоспособность в широком диапазоне
температур и разрядных токов, малое внутреннее сопротивление, небольшие потери
энергии при длительном бездействии (малый саморазряд), необходимая емкость при
небольших габаритных размерах и массе, достаточный срок службы, малые затраты
труда и средств на техническое обслуживание.
Батареи должны иметь достаточный запас энергии для
осуществления надежного пуска двигателя при низких температурах, для питания
потребителей электроэнергии на автомобиле в случае выхода из строя генераторной
установки, а также для других нужд, возникающих в аварийных ситуациях.
Батареи обычной конструкции и с общей крышкой должны
быть механически прочными при испытании в следующем режиме:
ускорение, м/с2 - 147 (15g)
длительность импульсов, (только в вертикальном
направлении) 2-15
ориентировочное число ударов в минуту - 40÷80.
После испытаний батареи должны иметь нормированную
продолжительность стартерного разряда, не должны иметь поврежденных деталей и
следов электролита на своей поверхности.
Необслуживаемые батареи и батареи с общей крышкой
должны быть вибропрочными при кратковременном испытании при ускорении 5g с
частотой до ЗО Гц [7]. Вибрационная нагрузка в местах установки аккумуляторных
батарей не должна превышать 1,5g (ускорение 14,7 м/с2) в диапазоне
частот до 60 Гц. Допускается кратковременная вибрационная нагрузка 5g
(ускорение 49 м/с2) с ориентировочной частотой до З0 Гц.
Аккумуляторные батареи должны выдерживать испытание на
герметичность на выводах и в стыках между моноблоком и крышками при давлении,
повышенном или пониженном на (20±1,З3) кПа по сравнению с нормальным
атмосферным. Герметизирующие материалы должны быть стойкими к воздействию
температур в пределах от -40 до 160°С, а сварные швы - в пределах от -50 до
60°С.
Полная герметичность аккумуляторных батарей с
решетками электродов из свинцово-сурьмянистых сплавов невозможна вследствие
выделения газов как во время работы, так и при хранении.
Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи должны
быть работоспособными при температуре окружающего воздуха от - 40 до 60°С
(батареи обычной конструкции) и от -50 до 60°С (батареи с общей крышкой и
необслуживаемые). Рабочая температура электролита не должна превышать 50°С.
Следует обеспечить свободный доступ к аккумуляторной
батарее для осмотра и технического обслуживания. Техническое обслуживание
батареи должно быть минимальным по объему, не требовать от водителей и
обслуживающего персонала высокой квалификации (специальной подготовки),
использования сложного и дорогостоящего оборудования.
Важное требование к стартерным аккумуляторным батареям
- минимальное внутреннее сопротивление и внутреннее падение напряжения при
больших токах разряда в стартерном режиме [8]. Батареи должны выдерживать
кратковременные разряды стартерными токами большой силы без разрушения пластин и
ухудшения характеристик при дальнейшей эксплуатации.
Срок службы стартерных аккумуляторных батарей должен
быть близким или кратным срокам межремонтного пробега автомобиля.
1.3 Эксплуатация аккумуляторной
батареи
Подзарядка свинцово-кислотного автомобильного
аккумулятора в штатном режиме производится от генератора. При интенсивной
работе батареи требуется ее дополнительная подзарядка в стационарных условиях
через специальное зарядное устройство. Особенно это актуально в зимнее время,
когда возможность холодной батареи принимать заряд резко снижается, а
потребление энергии на раскрутку мотора на морозе возрастает. Поэтому зарядку
автомобильного АКБ необходимо проводить в тепле после его согревания
естественным образом.
Ускорение согревания батареи горячей водой или феном
недопустимо, так как реально разрушение пластин вследствие резкого перепада
температур. При опадении наполнителя на дно банок, резко возрастает возможность
саморазряда за счет замыкания пластин. Для так называемых «кальциевых»
аккумуляторов, недопущение полного или значительного разряда критически важно,
потому что ресурс этого типа батарей ограничен 4-5 циклами полной разрядки,
после чего аккумулятор приходит в негодность.
В современных гибридных автомобилях и в электромобилях аккумуляторная
батарея имеет повышенные размеры и емкость, обеспечивая движение. Их так и
называют - тяговые. В «чистых» электромобилях только аккумуляторы являются
поставщиком энергии для движения и работы всего электрооборудования, отчего
имеют значительные размеры и в разы большую емкость, чем батарея в
«классическом» автомобиле с карбюраторным двигателем. Например: танковые,
тепловозные, на подводных лодках и так далее [9]. Хотя принцип кислотного
аккумулятора во всех случаях одинаков за исключением размеров.
В процессе эксплуатации автомобиля в аккумуляторной батареи могут
возникнуть следующие неисправности:
Сульфатация пластин, ускоренный саморазряд, короткое замыкание, утечка
электролита, окисление полюсных штырей.
Сульфатация пластин. В результате систематического недозаряда,
длительного хранения незаряженной аккумуляторной батареи с электролитом, заряда
батареи ниже допустимого предела, понижения уровня или увеличения плотности
электролита на пластинах образуется белый налет из крупных кристаллов
сернокислого свинца, называемый сульфатом. Сульфатированные пластины перестают
участвовать в химической реакций.
Ускоренный саморазряд батареи при ее эксплуатации и хранения возникает
вследствие образования в активной массе пластин местных токов. Местные токи
появляются при возникновении электродвижущей силы между окислами активной массы
и решеткой пластин.
Кроме того, при длительном хранении аккумуляторной батареи плотность
электролита в нижних слоях становиться больше, чем в верхних. Это приводит к
появлению разности потенциалов и возникновению уравнительных токов на
поверхности пластин.
Причинами ускоренного саморазряда могут быть: загрязнения поверхности
батареи; применения для доливки обычной воды; попадания внутрь металлических
частиц и других веществ.
Короткое замыкание. Разрушение сепаратора, выпадение активной массы, а
так же ее оплавление могут вызвать не посредственное соприкосновение
разноименных пластин − замыкание, в результате чего прекращается работа
аккумуляторов.
Признаками короткого замыкание внутри аккумулятора является
"кипение" электролита и резкое падение напряжения. Аккумуляторная
батарея, имеющая хотя бы один короткозамкнутый аккумулятор, к дальнейшей
эксплуатации непригоден [10].
Окисление полюсных штырей приводит к увеличению сопротивления во внешней
цепи и даже прекращению тока.
Подтекание электролита обнаруживают осмотром бака. Для устранения
неисправности батареи сдают в ремонт. При вынужденной временной эксплуатации
батарею с этой неисправностью необходимо периодически добавлять в неисправное
отделение бака электролит.
Рис. 2 Схема зарядки аккумуляторной батареи
Вывод по главе 1
В данной главе мы изучили устройство и принцип работы
аккумуляторной батареи, требования которые предъявляют к аккумуляторным батареям,
эксплуатация аккумуляторной батареи. На основе предоставленного материала
следует что, АКБ в обычном автомобиле предназначен для работы стартера при
запуске двигателя и для устойчивого снабжения заданного вольтажа
электроэнергией, многочисленного электрооборудования. Устройство
щелочной батареи аналогично таковому у кислотного. Батареи должны иметь
достаточный запас энергии для осуществления надежного пуска двигателя при
низких температурах, для питания потребителей электроэнергии на автомобиле в
случае выхода из строя генераторной установки, а также для других нужд,
возникающих в аварийных ситуациях. В современных гибридных автомобилях и в
электромобилях аккумуляторная батарея имеет повышенные размеры и емкость,
обеспечивая движение.
аккумуляторный батарея моноблок сепаратор
Глава 2. Конструкция аккумуляторной
батареи
.1 Моноблоки, крышки, пробки
Моноблоки стартерных аккумуляторных батарей изготавливают из эбонита или
другой пластмассы. Тяжелые и хрупкие моноблоки из эбонита в настоящее время
заменяются моноблоками из термопласта (наполненного полиэтилена), полипропилена
и полистирола. Высокая прочность полипропилена позволила уменьшить толщину
стенок до 1,5-2,5 мм и тем самым уменьшить массу моноблока и батареи. Тонкие
стенки моноблока из полипропилена делают более жесткими за счет рационального
выбора конструктивных форм моноблоков [11]. Достаточная прозрачность
полипропилена упрощает контроль уровня электролита в батарее. Внутри моноблок
разделён прочными непроницаемыми перегородками на отдельные ячейки по числу
аккумуляторов в батарее, В ячейках моноблока размещают собранные в блоки
электроды и сепараторы. В батареях с обычными сепараторами на дне каждой ячейки
предусмотрены четыре призмы, образующие пространство для шлама (активных
веществ электродов, осыпающихся при работе батареи на дно ячеек). На опорные
призмы своими ножками устанавливают электроды (разноименные электроды на свои
две призмы), что исключает их короткое замыкание шламом. На перегородках
моноблока предусмотрены вертикальные выступы (пилястры) для лучшей циркуляции
электролита у электродов прилегающих к перегородкам.
При использовании эбонита для изготовления моноблока, крышки и других
корпусных деталей, масса их достигает 15-18% от полной массы аккумуляторной
батарей [12]. Кроме того, эбонит отличается повышенной хрупкостью при низких
(отрицательных) температурах. Достаточная механическая прочность моноблока из
эбонита достигается лишь при толщине стенок до 9-12 мм. Соответственно, при
большой толщине стенок масса эбонитового моноблока доходит до 5-12 кг.
Применение морозоустойчивого полипропилена (сополимера пропилена с этиленом),
дало возможность при сохранении достаточной механической прочности при,
отрицательных температурах существенно уменьшить массу моноблока (более чем в 5
раз). Толщина стенок моноблоков из пластмасс уменьшилась до 1,5-3,5 мм. В
каждом аккумуляторе батареи, кроме необслуживаемых, устанавливают
перфорированные предохранительные щитки из эбонита или пластмассы. Они
предохраняют верхние кромки пластин и сепараторов от повреждений при измерении
плотности, температуры и уровня электролита. Крышки из эбонита или пластмассы
различного конструктивного исполнения могут закрывать отдельные аккумуляторные
ячейки.
Наиболее распространена конструкция крышки с двумя крайними отверстиями
для вывода бортов блоков электродов и одним средним резьбовым отверстием для
заливки электролита в аккумуляторные ячейки и контроля его уровня. В крайние
отверстия отдельных крышек запрессованы свинцовые втулки. В местах стыка
отдельных крышек со стенками моноблока эбонитовые аккумуляторные батареи
герметизируются битумной мастикой. Мастика должна быть химически стойкой и
эластичной, иметь низкую температуру плавления, при температурах от -40 до 60°С
не должна отставать от стенок моноблока и крышек, разрываться и трескаться.
Общие крышки из пластмассы приваривают или приклеивают к моноблокам [13].
Контактно-тепловая сварка пластмассового моноблока и общей крышки
обеспечивает надежную герметизацию во всем диапазоне температур окружающей
среды, на который рассчитана эксплуатация аккумуляторной батареи. Такой способ
соединения общей крышки с пластмассовым моноблоком применен в батарее 6СТ-190А
для тяжелых грузовиков с дизелями. Заливочные отверстия в крышках унифицированы
по группам с метрической резьбой М20, М24 и МЗО и закрываются пробками с
вентиляционными отверстиями. Пробки изготавливают из эбонита, полиэтилена,
полистирола или фенолита. Пластмассовые пробки имеют меньшую массу и большую
прочность. Чтобы предотвратить вытекание электролита, между уплотнительным
бортиком корпуса пробки и заливной горловиной крышки устанавливают резиновую
шайбу. Герметизация может обеспечиваться также конусным бортиком, плотно
прилегающим к горловине отверстия в крышке.
В новых пробках предусмотрен пластмассовый уплотнительный элемент,
распложенный на бортике пробки. Пробки имеют встроенные отражатели, которые не
позволяют электролиту выплескиваться через вентиляционные отверстия. В пробках
новой конструкции отражатель выполнен, в виде лепестков. Для хранения в герметичном
состоянии в сухозаряженных батареях над вентиляционным отверстием пластмассовой
пробки предусмотрен глухой прилив. При вводе батареи в эксплуатацию прилив
пробки срезается. Электролит через вентиляционное отверстие не должен
выливаться при наклоне аккумуляторной батареи от нормального рабочего положения
на угол 45°. Применение общей крышки (особенно, из термопластичных материалов)
предоставляет широкие возможности для механизации и автоматизации, производства
аккумуляторных батарей, а также для конструктивных усовершенствований,
позволяющих, облегчить обслуживание батареи в эксплуатации [14].
Конструкция некоторых крышек из полипропилена обеспечивает
централизованную заливку электролита в батарею и общий газоотвод. При наличии
общей крышки можно устанавливать блок пробок на несколько заливных горловин,
которые располагаются выше вентиляционных отверстий. Вытекающий из заливных
горловин электролит через вентиляционные отверстия может поступать обратно в
ячейки моноблока. Блок пробок может быть выполнен в виде пластмассовой планки,
в которую вставлено необходимое число без резьбовых пробок. Пробки могут иметь
некоторую свободу перемещения в планке для центрирования их с заливными
горловинами. В некоторых конструкциях пробки выполняются заодно с планкой.
Рис. 3 Схема аккумуляторной батареи: 1 - корпус; 2 -
крышка; 3 - положительный вывод; 4 - межэлементное соединение; 5 -
отрицательный вывод; 6 - пробка заливной горловины; 7 - заливная горловина; 8 -
сепаратор; 9,10 - положительные и отрицательные пластины
2.2 Межэлементные перемычки, выводы
Для последовательного соединения аккумуляторов в батарее используют
межэлементные перемычки, которые припаивают к борнам бареток полублоков в таком
порядке, чтобы соединить между собой полублок отрицательных пластин одного
аккумулятора с полублоком положительных пластин рядом расположенного
аккумулятора. При соединении борна с межэлементной перемычкой к ним
приваривается верхняя часть свинцовой втулки, запрессованной в крышке, чем обеспечивается
надежное уплотнение отверстий в местах выхода борнов. Межэлементные перемычки
из свинцово-сурьмянистого сплава устанавливают снаружи над крышкой, через
перегородки под крышкой и пропускают через отверстие в пластмассовой
перегородке. Аккумуляторы соединяют между собой путем вдавливания металла
плоских борнов, имеющих трапецеидальную форму. Борны располагают около
отверстия в перегородке и далее с помощью пуансонов в сварочных клещах часть
металла борнов вдавливается в отверстия до появления электрического контакта
между борнами соседних аккумуляторов [15]. После появления контакта между
соседними борнами в отверстии перегородки к сварочным клещам подается
электрический ток для контактной сварки борнов. Описанный процесс соединения
аккумуляторов через перегородки обеспечивает однородную структуру межэлементной
перемычки и, герметичность между аккумуляторами. Повышенную устойчивость к
механическим нагрузкам (тряска, вибрация) обеспечивает другой способ,
соединения аккумуляторов в батареи, применяемый при производстве батарей
6СТ-190А. Процесс осуществляется в две стадии. Перегородки моноблока имеют в
верхней части углубления (пазы), через которые сначала с помощью специальной
литейной формы место сварки, борнов герметизируется пластмассой, из которой
изготовлен моноблок. Bокруг соединения образуется своеобразный чехол, который
служит также дополнительным упором для блока, электродов. Укороченные
межэлементные перемычки через перегородки, полиэтиленовых и полипропиленовых
моноблоков позволяют уменьшить внутреннее сопротивление батареи и расход
свинцового сплава. Снижение потерь напряжения на соединительных деталях
позволяет, иметь на 0,1-0,ЗВ большее напряжение на выводах батареи при ее
работе в стартерном режиме. Расход свинцово-сурьмянистых сплавов снижается на
батареях до 100 Ач на 0,5-0,9 кг, а на батареях емкостью свыше 100 Ач на 1,5-3
кг. Стартерные аккумуляторные батареи с общими крышками и скрытыми перемычками
становятся неремонтопригодными, но это отвечает современным тенденциям,
согласно которым капитальный ремонт экономически нецелесообразен.
С целью уменьшения внутреннего падения напряжения в
аккумуляторных батареях большой емкости борны и межэлементные перемычки
выполняются в виде освинцованных стержней из меди, имеющей в 12 раз большую электропроводность
по сравнению освинцово-сурьмянистыми сплавами [16]. Поперечные сечения борнов и
межэлементных перемычек автомобильных батарей выбираются из условия ограничения
падения напряжения на каждом из борнов до 16 мВ и на межэлементных перемычках -до
20 мВ. К выводным борнам крайних аккумуляторов приваривают конусные полюсные
выводы, размеры выводов стандартизованы. Диаметр конуса у основания
положительного вывода на 2 мм больше чем у отрицательного. Этим исключается
вероятность неправильного включения батареи в систему электрооборудования.
Некоторые аккумуляторные батареи имеют полюсные выводы с отверстиями под болты
или оба типа выводов. Узлы пайки и токоведущие детали батарей должны
выдерживать прерывистый разряд током силой 9С20 (C20 - номинальная емкость
батареи при двадцатичасовом разряде), но не выше силы разрядного тока 1700А в
течение четырех циклов [17].
.3 Сепараторы
Электроды в блоках разделены сепараторами. Сепараторы предотвращают
короткое замыкание между разнополярными электродами, обеспечивают необходимый
для высокой ионной проводимости запас электролита в междуэлектродном
пространстве и предотвращают возможность переноса электролита от одного
электрода к другому. Кроме того, сепараторы фиксируют зазор между электродами и
исключают вероятность их сдвига при тряске и вибрации. Качество сепараторов
оказывает существенное влияние на работу свинцового аккумулятора. От омического
сопротивления сепараторов зависит внутреннее падение напряжения в батарее и
уровень напряжения на выводах электростартера.
Сепараторы замедляют оплывание активного вещества положительных
электродов и скорость сульфатации отрицательных электродов, продлевая срок
службы батареи [18]. Сепараторы должны обладать высокой пористостью,
достаточной механической прочностью, кислотостойкостью, эластичностью,
минимальной гигроскопичностью при длительном хранении батареи в сухозаряженном
состоянии и сохранять свои свойства в широком диапазоне температур.
Электросопротивление сепаратора, пропитанного электролитом, должно быть минимальным
по отношению к сопротивлению такого же по объему и геометрическим размерам слоя
электролита.
Для массовых автомобильных батарей важна также дешевизна и доступность
сырья, простота изготовления. В свинцовых аккумуляторах применяют сепараторы из
мипора, мипласта, поровинила, пластипора и винипора. В стартерных свинцовых
аккумуляторных батареях устанавливают сепараторы из мипора и мипласта. Мипор
(микропористый эбонит) получают в результате вулканизации смеси натурального
каучука с силикагелем и серой. К недостаткам сепараторов из мипора относятся
хрупкость, малая скорость пропитки электролитом, дефицитность сырья и большая
стоимость. Мипласт или микропористый полихлорвинил изготовляют из
полихлорвиниловой смолы путем спекания [19].
Технологический процесс изготовления сепараторов из мипласта проще, сырье
менее дефицитно. Мипласт быстро пропитывается электролитом, обладает низким
относительным электросопротивлением и достаточной механической прочностью. Имея
меньшую пористость и больший диаметр пор по сравнению с мипором, мипласт менее
стоек к образованию токопроводящих мостиков между электродами. Срок службы
аккумуляторных батарей с сепараторами из мипласта меньше. Сепараторы из мипора
и мипласта не должны иметь влажность более 2%, а также сквозных микроотверстии,
которые можно обнаружить при просвечивании электрической лампой мощностью 100
Вт, расположенной на расстоянии 100 мм от сепаратора. Механическую прочность
сепаратора оценивают по сопротивлению на разрыв, по способности выдерживать
изгиб вокруг валика диаметром 60 мм (сепараторы из мипора) и диаметром 45-60 мм
(сепараторы из мипласта).
Сепараторы из мипора и мипласта представляют собой тонкие (1-2 мм)
прямоугольные пластины с трапециедальными, круглыми или овальными вертикальными
выступами, которые обращены к положительному электроду для лучшего доступа к
нему электролита. Небольшие ребра высотой 0,15-0,2 мм со стороны, обращенной к
отрицательному электроду, снижают вероятность "прорастания"
сепаратора, улучшают условия диффузии отрицательного электрода. Размеры
сепараторов из мипора и мипласта на 3-5 мм по ширине и на 9-10 мм по высоте
больше, чем у электродов. Это исключает появление токопроводящих мостиков по
торцам пластин и сепараторов.
В необслуживаемых батареях применяют пленочные сепараторы и
сепараторы-конверты, образуемые двумя сваренными с трех сторон пластиковыми
сепараторами. При установке в сепаратор-конверт одного из аккумуляторных
электродов, например, отрицательного, замыкание электродов разноименной
полярности шламом исключается. Это позволяет устанавливать блоки электродов
непосредственно на дно моноблоков без призм и шламового пространства. При
сохранении высоты батареи можно более чем в 2 раза увеличить высоту слоя
электролита над электродами в ячейках моноблока и, следовательно, ту часть
объема электролита, которая может быть израсходована в период эксплуатации
между очередными добавками дистиллированной воды. При исправном
электрооборудовании и отсутствии нарушений в эксплуатации необходимость в
добавлении воды в батарею может возникнуть не чаще 1 раза в 1-2 года [20].
Вывод по главе 2
На основе данного материала мы изучили что, моноблоки
стартерных аккумуляторных батарей изготавливают из эбонита или другой
пластмассы. При использовании эбонита для изготовления моноблока, крышки и
других корпусных деталей, масса их достигает 15-18% от полной массы
аккумуляторной батарей. Крышки из эбонита или пластмассы различного
конструктивного исполнения могут закрывать отдельные аккумуляторные ячейки. Для
последовательного соединения аккумуляторов в батарее используют межэлементные
перемычки, которые припаивают к борнам бареток полублоков в таком порядке,
чтобы соединить между собой полублок отрицательных пластин одного аккумулятора
с полублоком положительных пластин рядом расположенного аккумулятора. Электроды
в блоках разделены сепараторами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе мы рассмотрели основные требования предъявляемые к
конструкциям, устройствам и принципу работы аккумуляторной батареи из которого
следует что аккумуляторная батарея является неотъемлемой частью автомобиля.
Аккумуляторная батарея автомобиля, обеспечивает питание всех энергопотребителей
до запуска двигателя автомобиля, на стоянке. Кроме того, аккумулятор
"подключается к работе" и тогда, когда генератор не в состоянии
выдать ток, необходимый для нормального питания потребителей. Автомобильный
аккумулятор является важным элементом электрооборудования - наряду с
генератором выступает источником тока.
В процессе исследования мы решили поставленные задачи:
1) Рассмотрели теоретические основы
аккумуляторной батареи и узнали что, критически важна роль кислотного
аккумулятора при аварийных форс-мажорах: поломка генератора, регулятора
напряжения, выпрямителя тока, при обрыве ремня генератора.
2) Изучили принцип работы аккумуляторной батареи
3) Определили основные составляющие батареи: моноблоки, крышки,
пробки, межэлементные перемычки, выводы и сепараторы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баланевский, A.A. Исследование разрядных характеристик стартерных
аккумуляторных батарей в условиях низких температур: Дис. … канд. техн. наук/
A.A. Баланевский. - М., 1972, 141 с.
2. Восстановление электродов аккумуляторных батарей / И.К. Тетянич,
A.A. Деркач, В.М. Бучной, В.А. Сникин, В.А. Белов // Издательство «За рулем»
№4, 1988.
3. Гуревич, А.М. Конструкция тракторов и автомобилей / Гуревич А.М. и
др. М.: Агропромиздат, 1989. - С. 288 - 295
4. Дасоян, M.A. Стартерные аккумуляторные батареи. Устройство,
эксплуатация и ремонт / M.A. Дасоян, Н.И. Курзуков и др. 2-е издан., стереотип.
М.: Транспорт, 1994. С. 193-206.
5. Дасоян, М.А. Современная теория свинцового аккумулятора / М.А.
Дасоян, И.А. Агуср. - Л: Энергия, 1975. - 312 с.
. Ильин, Н.М. Электрооборудование автомобилей / Н. М. Ильин, В.Я.
Ваняев, Ю.М. Тимофеев. - М.: транспорт, 1978. - 286 с.
. Исследование путей уменьшения коррозии положительной решетки в
автомобильном аккумуляторе применительно к условиям эксплуатации: Отчет /
ФНИАИ; Е.В. Криволапова №59-1. - Подольск, 1959. - 30 с.
. Литвиненко, В. В. Неисправности электрооборудования автомобилей.
Поиск и устранение/ В.В. Литвиненко. - М.: Издательство «За рулем» 1997. - 96
с.
. Определение надежности и долговечности автомобильных и
тракторных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в эксплуатации. Отчет /
ФНИАИ. Подольск, 1979. - 64 с.
. Селицкая, С.Ф. Оптимальные условия эксплуатации и хранения
автомобильных аккумуляторов: дис … канд. техн. наук / С.Ф. Селицкая. - М.,
1960.-149 с.
. Скорик, В.И. Техническое обслуживание и ремонт аккумуляторных
батарей / В.И. Скорик. - М.: ЦМИПКС, 1990. - 20 с.
. Тенденции и перспективы развития производства и научных
исследований в области свинцово-кислотных аккумуляторов / И.А. Агуср, М.А.
Дасоян, Т.Н. Гордошова, А.Ф. Кашин, А.П. Скровелина - М.: Информэлектро, 1980.
- 86 с.
. Тимофеев, Ю.Л. Электрооборудование автомобилей: Устранение и
предупреждение неисправностей / Ю.Л. Тимофеев Ю., Г.Л. Тимофеев, Н. М. Ильин. -
4-е изд., стер. - М.: Транспорт, 1998. - 298 с.
. Тютрюмов, О.С. Новые конструкции необслуживаемых аккумуляторных
батарей/ О.С. Тютрюмов, Н.И. Курзуков, М.М. Дижур. - М.: НИИ Навтопром, 1979. -
32 с.
16. Чупин, Д.П. Метод определения емкости аккумуляторных батарей / Д.П.
Чупин // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VIII Междунар. науч.-
техн. конф. (Омск, 13-15 ноября 2012 г.): в 5 кн. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012:
Кн. 1. - С. 342-345.
17. Чупин, Д.П. Система автоматической диагностики аккумуляторных батарей
/ Д.П. Чупин // Тезисы II Всероссийской конференции «Территория и практика
Успеха». - Омск, 2014. - С. 145-146.
18. Шестопалов, С.К. Увеличение срока службы аккумуляторных батарей /
С.К. Шестопалов. - М.: Патриот, 1997. 61 с.
19. Эксплуатационные испытания аккумуляторных батарей на срок службы с
двух- и трехэлементными реле-регуляторами: Отчет / НИИАТ / Ю.И. Боровских, Ю.И.
Майзенберг №285. - М., №285. 1959. - 38 с.