Шпаргалки к экзаменам и зачётам

 

 

Устройство стартерной аккумуляторной батареи. Принцип действия свинцового аккумулятора.

Различные типы стартерных аккумуляторных батарей имеют свои конструк­тивные особенности, однако в их устройстве много общего. По конструктивно - функциональному признаку выделяют батареи: обычной конструкции - в моно­блоке с ячеечными крышками и межэлементными перемычками над крышками; батареи в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой; батареи необслуживаемые - с общей крышкой, не требующие ухода в эксплуатации.

Свинцовый аккумулятор, как обратимый химический источник тока, состоит из блока разноименных электродов, помещенных в сосуд, заполненный элект­ролитом. Стартерная батарея в зависимости от требуемого напряжения содер­жит несколько последовательно соединенных аккумуляторов.

В стартерных батареях собранные в полублоки 3 и 12 (рис 2.1) положитель­ные 15 и отрицательные 16 электроды (пластины) аккумуляторов размещены в отдельных ячейках моноблока (кор­пуса) 2. Разнополярные электроды в блоках разделены сепараторами 9. Батареи обычной конструкции выпол­нены в моноблоке с ячеечными крыш­ками 7. Заливочные отверстия в крышках закрыты пробками 5. Межэ­лементные перемычки 6 расположены над крышками. В качестве токоотводов предусмотрены полюсные выво­ды 8. Кроме того, в батарее может быть размещен предохранительный щиток. В конструкции батареи преду­сматривают и дополнительные крепежные детали.

Электроды в виде пластин намазного типа имеют решетки, ячейки кото­рых заполнены активными вещества­ми. В полностью заряженном свинцо­вом аккумуляторе диоксид свинца по­ложительного электрода имеет тем­но-коричневый цвет, а губчатый сви­нец отрицательного электрода - се­рый цвет.

Решетки электродов выполняют функции подвода тока к активному веществу и механического удержания активного вещества. Решетки элект­родов имеют рамку 2 (рис 2.2), верти­кальные ребра и горизонтальные жил­ки 4, ушки 1 и по две опорные ножки 3 (кроме решеток отрицательных элект­родов необслуживаемых батарей). Ребра могут быть и наклонными. Профиль ребер и жилок обеспечивает легкое из­влечение решетки из литейной формы. Горизонтальные жилки по толщине обычно меньше вертикальных ребер и располагаются в шахматном порядке. Рамка, как правило, намного массивнее жилок.

Освинцованная сетка металлической решетки с увеличенной поверхностью (рис. 2.2, д) имеет лучшее сцепление с активным веществом электрода, умень­шая действие коррозии и увеличивая срок службы батареи.

Решетка электрода должна обеспечивать равномерное распределение тока по всей массе активных материалов, поэтому имеет форму, близкую к квадратной.

Толщина решеток электродов выбирается в зависимости от режимов работы и установленного срока службы аккумуляторной батареи. Решетки отрица­тельных электродов имеют меньшую толщину, так как они в меньшей степени подвержены деформации и коррозии. Масса решетки составляет до 50% мас­сы электрода.

Решетки электродов изготавливают методом литья из сплава свинца и сурь­мы с содержанием сурьмы от 4 до 5% и добавлением мышьяка (0,1-0,2%). Сурь­ма увеличивает стойкость решетки против коррозии, повышает ее твердость, улучшает текучесть сплава при отливке решеток, снижает окисление решеток при хранении. Добавка мышьяка снижает коррозию решеток. Однако сурьма оказывает каталитическое воздействие на электролиз воды, содержащейся в электролите, снижая потенциалы разложения воды на водород и кислород до рабочих напряжений генераторной установки. Наличие сурьмы в решетках по­ложительных пластин приводит в процессе эксплуатации батареи к переносу части сурьмы на поверхность активной массы отрицательных пластин и в элек­тролит, что сказывается на повышении потенциала отрицательной пластины и понижении электродвижущей силы (ЭДС) в процессе эксплуатации. При посто­янном напряжении генератора понижение ЭДС батареи приводит к повышению зарядного тока, расходу воды и обильному газовыделению.

Для снижения интенсивности газообразования решетки электродов для необ­служиваемых аккумуляторных батарей изготавливают из свинцово-кальциево-оловянистых или малосурьмянистых (до 2,5% сурьмы) сплавов. Содержание 0,05-0,09% кальция, 0,5-1% олова, а также добавление 1,5% кадмия обеспе­чивают повышение напряжения начала газовыделения до 2,45 Вив 15-17 раз снижает потерю воды от электролиза. Это позволяет контролировать и корре­ктировать уровень электролита в необслуживаемой батарее не чаще одного раза в год. Отсутствие выделений взрывоопасных смесей водорода и кислоро­да облегчает задачу утепления и обогрева батарей.

Ячейки решеток электродов заполнены пористым активным веществом (па­стой). Основой пасты электродов является свинцовый порошок, замешивае­мый в водном растворе серной кислоты. С целью увеличения прочности ак­тивного вещества в пасту для положительных электродов добавляют поли­пропиленовое волокно. Уплотнение активного вещества отрицательных элек­тродов в процессе эксплуатации предотвращается благодаря добавлению в пасту расширителей (сажа, дубитель БНФ, гумматы, получаемые из торфа и т.д.) в смеси с сернокислым барием.

Тестообразную пасту вмазывают в решетки электродов. После намазки,

прессования и сушки электроды под­вергают электрохимической обработке (формированию).

Пористая структура активного ве­щества после формирования электро­дов обеспечивает лучшее проникнове­ние электролита в глубинные слои и повышает коэффициент использова­ния активных материалов. Активная поверхность пористого вещества (по­верхность, непосредственно контакти­рующая с электролитом) в сотни раз превышает геометрическую поверх­ность электрода.

Отрицательные и положительные электроды с помощью бареток соеди­няют в полублоки. Баретки имеют мостики, к которым своими ушками привариваются решетки электродов и выводные штыри (борны). Борны явля­ются токоотводами полублоков пластин. Мостики обеспечивают необходимый зазор между электродами. Число параллельно соединенных электродов в полу­блоках увеличивается с возрастанием номинальной емкости аккумулятора.

Полублоки объединены в блоки электродов. В зависимости от предъявля­емых к батарее требований соотношение между количеством положительных и отрицательных электродов может быть различным, однако число разнополярных электродов отличается не более чем на единицу. Число отрицатель­ных электродов в блоках на один больше, чем положительных. В токообразу- ющих реакциях участвует относительно большее количество активного ве­щества положительных электродов. Находясь между двумя отрицательными электродами, положительный электрод при заряде и разряде меньше дефор­мируется. При таком счете пластин положительные электроды, как правило, на 10-20% толще отрицательных, а крайние отрицательные электроды име­ют толщину на 40% меньше положительных. В некоторых батареях количест­во разнополярных электродов одинаково или больше числа положительных электродов. В этих случаях электроды имеют одинаковую толщину. Элект­родный блок с большим числом положительных пластин имеет меньшую ма­териалоемкость.

В некоторых конструкциях батарей блок электродов (рис. 2.3) дополнительно крепится к баретке 1 с помощью полиуретана 2, что значительно повышает стойкость батареи к вибрации.

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 плотность сырья и большая стоимость.

Мипласт или микропористый поли­хлорвинил изготовляют из полихлор­виниловой смолы путем спекания. 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 микроотверстий, 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 (рис. 2.4), 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 и конвекции электролита около 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 (рис. 2.5), 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 h (рис 2.6) 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.

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. Достаточная прозрач­ность полипропилена упрощает конт­роль уровня электролита в батарее.

Внутри моноблок разделен прочными непроницаемыми перегородками 2 (рис. 2.7) 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 1, 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) 3 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 батареи. 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 (рис. 2.8).

Наиболее распространена конструкция крышки с двумя крайними отверстия­ми для вывода борнов 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 (рис 2.9). 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 отверстия 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 залиеных горловин электролит через вентиляционные отверстия может поступать обратно в ячейки моноблока. Блок пробок может быть выполнен в виде пластмассовой планки 8 (см. рис. 2.10, г), в которую вставлено необходимое число безрезьбовых пробок 9. Пробки могут иметь некоторую свободу перемещения в планке для центрирования их с заливны­ми горловинами. В некоторых конструкциях пробки выполняются заодно с планкой.

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 бор- нов 2, имеющих трапецеидальную форму. Борны располагают около отверстия в перегородке и далее с помощью пуансонов 4 в сварочных клещах часть ме­талла борнов вдавливается в отверстия до появления электрического контакта между борнами соседних аккуму­ляторов. 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 1 (рис. 2.14) моноблока имеют в верхней части уг­лубления (пазы) 2, через которые сначала с помощью специальной литейной

формы 7 место сварки борнов герметизируется пластмассой, из которой изгото­влен моноблок. Вокруг соединения образуется своеобразный чехол, который служит также дополнительным упором для блока электродов 6.

Укороченные межэлементные перемычки через перегородки полиэтилено­вых и полипропиленовых моноблоков позволяют уменьшить внутреннее со­противление батареи (рис. 2.15) и расход свинцового сплава. Снижение потерь напряжения на соединительных деталях позволяет иметь на 0,1-0,3 В боль­шее напряжение на выводах батареи при ее работе в стартерном режиме. Ра­сход свинцово-сурьмянистых сплавов снижается на батареях до 100 А-ч на 0,5-0,9 кг, а на батареях емкостью свыше 100 А-ч - на 1,5-3 кг. Стартерные

аккумуляторные батареи с общими крышками и скрытыми межлементными перемычками становятся неремонтнопригодными, 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 со свинцово-сурьмянистыми сплавами (рис 2.16).

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 (рис. 2.17). 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 (С₂₀ - номинальная емкость батареи при двад­цатичасовом разряде), но не выше силы разрядного тока 1700 А в течение че­тырех циклов.

Детали крепления и переносные устройства.

Для удобства размещения аккумуляторных батарей на автомобилях необхо­дима унификация их размеров по ширине и высоте, что связано с унификацией размеров электродов. В некоторых случаях необходима унификация и по длине батареи. Это позволяет без переделки посадочных мест устанавливать на ав­томобилях одной модели батареи разной емкости в зависимости от назначения машины и условий ее эксплуатации. В этих же целях желательно применять крепление батарей за выступы в нижней части моноблока вдоль длинной сто­роны для батарей емкостью до 100 Ач и по ширине - при большей емкости. Вы­ступы отливаются как одно целое с моноблоком или изготавливаются отдельно и соединяются с моноблоком методом контактно-тепловой сварки.

Аккумуляторные батареи большой емкости снабжают ручками для перенос­ки, прикрепленными к моноблоку с помощью специальных металлических скоб, накладок и винтов. Такая конструкция требует дополнительной оснастки для изготовления крепежных деталей переносных устройств и увеличивает трудо­емкость изготовления батарей. Проще выполнить переносные устройства толь­ко с ручками, расположенными в отверстиях бортика моноблока. Ручки могут быть жесткими или гибкими, перемещаться в вертикальном направлении и по­ворачиваться на некоторый угол по горизонтали. Переносные устройства и ме­ста их крепления должны выдерживать нагрузку, равную двукратной массе ба­тареи с электролитом. Конструкция стартерной свинцовой аккумуляторной батареи 6СТ-190А для грузовых автомобилей с моноблоком 7, единой крышкой 1 и пробками 5 из пла­стических материалов, с межэлементными перемычками 3 через перегородки 4, крепежными выступами 9 в нижней части моноблока и переносным устройством с ручкой 6 приведена на рис. 2.18.

Необслуживаемые батареи.

Термином «необслуживаемые» характеризуют стартерные аккумуляторные батареи, не требующие добавления электролита в процессе эксплуатации, об­ладающие высокими электрическими характеристиками и большим сроком службы по сравнению с обычными батареями.

Обычные стартерные свинцовые батареи имеют достаточно высокие удель­ные электрические характеристики, однако обладают рядом существенных не­достатков.

В результате электролиза воды во время эксплуатации свинцовой батареи снижается уровень электролита, что требует периодического (1-2 раза в месяц) добавления дистиллированной воды. Электролитическое разложение воды про­исходит при заряде, особенно интенсивно при перезарядах. Кроме того, вода из электролита испаряется при повышенных температурах окружающей среды.

Во время перерывов в эксплуатации автомобилей происходит саморазряд (постепенная потеря емкости при длительном бездействии) батареи. В сутки са­моразряд может составить 0,5-0,8%. В конце срока службы суточный самораз­ряд батареи может возрасти до 4%. Это приводит к необходимости ежемесяч­ного подзаряда батареи во время хранения батарей, залитых электролитом.

Потребность в периодическом добавлении дистиллированной воды и подзаряде батарей при длительном хранении увеличивает объемы обслуживания их в эксплуатации, требует дополнительных затрат на оборудование, инструмент, материалы, соответствующих производственных площадей и квалифицирован­ного персонала. Все эти трудности с обслуживанием батарей усугубляются при длительной эксплуатации автомобилей вне парков.

Срок службы свинцовых аккумуляторных батарей ограничивается в основном коррозией решеток электродов. Кроме того, электролиз воды с выделением ак­тивного кислорода способствует ускоренной коррозии решеток положительных электродов. Интенсивность электролиза электролита и сопутствующей ему коррозии решеток возрастает при перезаряде, повышении температуры и ста­рении батареи. Следовательно, в эксплуатации необходимо принимать специ­альные меры для ограничения верхнего предела регулируемого напряжения ге­нераторной установки.

Следует также иметь в виду, что выделяемая при работе свинцовой аккуму­ляторной батареи кислородно-водородная смесь взрывоопасна, газы и пары электролита могут вызвать коррозию металлических деталей автомобиля, рас­положенных рядом с батареей, а вещества, образующиеся при работе батареи, например, стибин (сурьмянистый водород) - токсичны.

Отмеченные недостатки, характерные для обычных (традиционных) аккумуля­торных батарей, связаны с наличием 5-7% сурьмы в сплаве свинца, из которого отливаются решетки электродов. Легирование свинца сурьмой обеспечивает необходимую механическую прочность решеток, что очень важно для автомобиль­ных батарей, работающих в условиях вибрации и тряски. Добавление 5% сурьмы более чем в 2 раза увеличивает твердость решеток и в 3-4 раза - сопротивле­ние разрыву. Кроме сурьмы, в сплав вводится также 0,1-0,2% мышьяка. Это способствует образованию благоприятной кристаллической структуры сплава и повышает коррозионную стойкость положительных решеток электродов.

Выделение водорода при газообразовании происходит на отрицательных электродах, а кислорода - на положительных. Активное газовыделение проис­ходит в основном при заряде, а также при разряде или длительном бездействии аккумуляторной батареи. Газовыделение в процессе разряда и при длительном бездействии связано с реакциями, вызывающими саморазряд батареи.

Интенсивность газовыделения зависит от соотношения между величиной фа­ктического напряжения на электроде и напряжением (перенапряжением), при котором начинается газовыделение. Чем больше напряжение на электроде пре­вышает величину напряжения, при котором начинается газовыделение, тем больше выделяется водорода и кислорода. С другой стороны, на напряжение начала газовыделения оказывают влияние различные примеси, содержащиеся в решетках и активной массе пластин.

Сурьма в сплаве положительных пластин способствует более интенсивному выделению кислорода, и, одновременно, электрохимическому переносу и отло­жению сурьмы на поверхности отрицательного электрода. Присутствие даже небольшого количества сурьмы на поверхности отрицательного электрода при­водит к заметному росту выделения водорода.

Снижение напряжения начала газовыделения до 14,4 В при наличии сурьмы в решетках пластин является основной причиной того, что на автомобилях при рекомендуемых уровнях регулируемого напряжения генераторных установок газовыделение начинается до того, как батарея обычной конструкции будет полностью заряжена.

Появление необслуживаемых батарей стало возможным благодаря примене­нию решеток из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов и свинцово-сурьмянистых сплавов с уменьшенным содержанием сурьмы.

Необслуживаемые батареи со свинцово-кальциево-оловянистыми и мало­сурьмянистыми сплавами отличаются не только малыми газовыделением и са­моразрядом, но и рядом других преимуществ. Эти батареи можно устанавливать в местах, не требующих удобного доступа для обслуживания. Меньше вероят­ность выхода их из строя вследствие коррозии решеток электродов. Батареи имеют лучшие зарядные характеристики и характеристики стартерного режима разряда. Срок эксплуатации необслуживаемых батарей без добавления элект­ролита может достигать 400-500 тыс. км пробега автомобиля.

Есть определенные трудности изготовления решеток пластин из свинцово- кальциево-оловянистых сплавов. Кальций в процессе литья выгорает. Поэтому технологически трудно обеспечить очень малое оптимальное содержание каль­ция (0,06-0,09%) в сплаве. Содержание олова составляет 0,5-1 %. От содержа­ния кальция и олова в сплаве решетки зависят ее прочностные и антикоррози­онные свойства.

Снижение газовыделения и улучшение механических свойств решеток из

свинцово-кальциевых сплавов достигается также добавлением 1,5% кадмия. Добавлением 1,25% сурьмы в решетки пластин ограничивается образование не­желательных кристаллов древовидной формы.

Из-за технологических трудностей изготовления решеток электродов из сплава свинца, кальция и олова применение нашли батареи с ограниченным объемом обслуживания на основе электродов с пониженным содержанием сурьмы в решетках. Интенсивность газовыделения существенно снижается только при уменьшении содержания сурьмы в сплаве решетки до 2,5-3%. Но уже при содержании сурьмы ниже 4% резко ухудшаются литейные свойства свинцово-сурьмянистого сплава, снижается механическая прочность решетки, возрастает скорость коррозии электродов. Для сохранения необходимых техно­логических и эксплуатационных свойств малосурьмянистых сплавов в них доба­вляют медь (0,02-0,05%), серу и селен (до 0,01 %). На литейных свойствах спла­ва благоприятно сказывается присадка олова (до 0,01 %).

Лучшие батареи с решетками электродов с малосурьмянистыми сплавами, со­держащими другие легирующие добавки, практически являются необслуживае­мыми, хотя имеют несколько худшие показатели саморазряда по сравнению с батареями, в которых решетки выполнены из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов. Такие батареи также имеют достаточно высокий срок службы и малочувствительны к глубоким разрядам.

В отечественных необслуживаемых батареях по сравнению с обычными бата­реями содержание сурьмы в сплаве решеток электродов уменьшено в 2-3 раза. Это повысило напряжение начала выделения водорода и кислорода и обеспе­чило подзаряд батарей без газовыделения практически во всем диапазоне ре­гулируемого напряжения генераторных установок автомобилей. Примерно в 5-6 раз снизилась интенсивность саморазряда батареи (до 0,08-0,1 % в сутки).

Необслуживаемые батареи могут выпускаться в герметичном исполнении и не иметь пробок заливных горловин. В этом случае степень разряженности бата­реи нельзя определить по плотности электролита. В зимнее время возникает опасность замерзания электролита разряженной батареи. Поэтому на герме­тичные необслуживаемые аккумуляторные батареи устанавливают индикаторы заряженности. При уменьшении степени заряженности ниже определенного уровня меняется цвет видимого пятна индикатора.

Принцип действия свинцового аккумулятора.

Свинцовые аккумуляторы являются вторичными химическими источниками тока, которые могут использоваться многократно. Активные материалы, израс­ходованные в процессе разряда, восстанавливаются при последующем заряде.

Химический источник тока представляет собой совокупность реагентов (окислителя и восстановителя) и электролита. Восстановитель (отрицательный электрод) электрохимической системы в процессе токообразующей реакции от­дает электроны и окисляется, а окислитель (положительный электрод) восста­навливается. Электролитом, как правило, является жидкое химическое соеди­нение, обладающее хорошей ионной и малой электронной проводимостью.

В свинцовом аккумуляторе в токообразующих процессах участвуют двуокись свинца (диоксид свинца) РЬС>2 (окислитель) положительного электрода, губча­тый свинец РЬ (восстановитель) отрицательного электрода и электролит (вод­ный раствор серной кислоты H2SO4). Активные вещества электродов предста­вляют собой относительно жесткую пористую электронопроводящую массу с диаметром пор 1,5 мкм у РЬС>2 и 5-10 мкм у губчатого свинца. Объемная пори­стость активных веществ в заряженном состоянии - около 50%.

Часть серной кислоты в электролите диссоциирована на положительные ио­ны водорода Н* и отрицательные ионы кислотного остатка S0₄²\ Губчатый сви­нец при разряде аккумулятора выделяет в электролит положительные ионы двухвалентного свинца РЬ²*. Избыточные электроны отрицательного электрода по внешнему участку замкнутой электрической цепи перемещаются к положи­тельному электроду, где восстанавливают четырехвалентные ионы свинца РЬ⁴' до двухвалентного свинца РЬ²*. Положительные ионы свинца РЬ²* соединяются с отрицательными ионами кислотного остатка SO4²", образуя на обоих электро­дах сернокислый свинец PbS04 (сульфат свинца).

При подключении аккумулятора к зарядному устройству электроны движутся к отрицательному электроду, нейтрализуя двухвалентные ионы свинца РЬ²*. На электроде выделяется губчатый свинец РЬ. Отдавая под влиянием напряжения внешнего источника тока по два электрона, двухвалентные ионы свинца РЬ^?* у положительного электрода окисляются в четырехвалентные ионы РЬ⁴*. Через промежуточные реакции ионы РЬ⁴* соединяются с двумя ионами кислорода и образуют двуокись свинца РЬ02-

Химические реакции в свинцовом аккумуляторе описываются уравнением:

разряд

Pb0₂ + 2H₂S0₄ + РЬ » 2PbS0₄ + 2Н₂0.

заряд

Содержание в электролите серной кислоты и плотность электролита умень­шаются при разряде и увеличиваются при заряде. По плотности электролита судят о степени разряженности свинцового аккумулятора:

Δ =

где ΔСр - степень разряженности аккумулятора, %;

р₃ и рр- плотность электролита соответственно полностью заряженного и полностью разряженного аккумулятора при температуре 25°С, г/см²; р₂₅ - измеренная плотность электролита, приведенная к температуре 25°С, г/см³.

Расход кислоты у положительных электродов больше, чем у отрицательных. Ес­ли учитывать количество воды, образующейся у положительных электродов, то количество кислоты, необходимое для них в течение разряда, в 1,6 раза больше, чем для отрицательных. При разряде происходит незначительное увеличение объ­ема электролита, а при заряде - уменьшение (около 1 см³ на 1 А ч). На 1 А-ч элек­трической емкости расходуется: при разряде - свинца 3,86 г, диоксида свинца 4,44 г, серной кислоты 3,67 г, а при заряде - воды 0,672 г, сульфата свинца 11,6 г.

 

Маркировка и применение аккумуляторных батарей.

Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи классифицируют по номи­нальному напряжению (6 и 12 В) и номинальной емкости.

На стартерные аккумуляторные батареи наносят товарный знак предприятия - изготовителя, указывают тип батареи, дату выпуска и обозначение стандарта или технических условий на батарею конкретного типа. Условное обозначение типа батареи (например, батарея 6СТ-55А) содержит указание на количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее (3 или 6), характеризу­ющих ее номинальное напряжение (6 или 12 В), указание на назначение по функ­циональному признаку (СТ - стартерная), номинальную емкость в А-ч и исполне­ние (при необходимости): А - с общей крышкой; Н - несухозаряженная; 3 - для необслуживаемой, залитой электролитом и полностью заряженной батареи.

В условных обозначениях еще применяемых в настоящее время батарей бук­ва Э и Т величины номинальной емкости указывают на материал моноблока (со­ответственно эбонит и термопласт). Последующие буквы обозначают материал сепаратора (М - мипласт, Р - мипор).

Отечественная промышленность выпускает стартерные свинцовые аккумуля­торные батареи номинальным напряжением 6 и 12 В и номинальной емкостью 45-190 А-ч.