Практическая работа №2 аккумуляторные батареи

Цель: изучить назначение, конструкцию, работу и техническую характеристику автотракторных аккумуляторных батарей (АКБ); усвоить правила их эксплуатации и обслуживания, возможные неисправности и способы их устранения; основные методы проверки их технического состояния.

Оборудование: натурные образцы, разрез и картограммы автотракторных АКБ; приборы для замера плотности, температуры и уровня электролита; тестер с комплектом проводов.

2.1. Общие сведения.

АКБ служит для питания потребителей электрической энергии при неработающем двигателе и при его работе на малой частоте вращения, когда напряжение на зажимах генератора не превышает 12 или 24 В, а также для совместного с генератором питания потребителей, когда их суммарная мощность превышает мощность генераторной установки.

Основным режимом работы автотракторных АКБ является стартерный режим разряда, когда батарея должна кратковременно обеспечить отдачу больших разрядных токов (до 200…1000 А). Исходя из этого автотракторные АКБ должны удовлетворять следующим основным требованиям: иметь малое внутреннее сопротивление для получения больших разрядных токов и стабильного напряжения при пуске двигателя; выдерживать большой разрядный ток без коробления пластин и при сохранении достаточной емкости; обладать большой удельной энергией; иметь достаточную механическую прочность, высокую надежность работы и достаточно большой срок службы, невысокую стоимость и трудоемкость при изготовлении, обслуживании и ремонте.

Автотракторные АКБ (табл. 2.1.) различают по назначению, конструкции, принципу действия, числу аккумуляторов, номинальному напряжению, емкости и другим параметрам.

Таблица 2.1

Техническая характеристика акб

Марка АКБ	Место установки	Номинальные		Ток		Объем заливаемого электро лита, л
		напряжение, В	емкость, А . ч	Зарядный,А	стартерного разряда,А
ЗСТ-60 6ТС-50ЭМС 6СТ-55ЭР 6СТ-60ЭМ 6СТ-75ЭМС 6СТ'-90ТМС 6СТ-190ТР	Т-28, Т-40 МТЗ,ДТ-75М, Т-150, СК-6 ВАЗ, Москвич ГАЗ, УАЗ, РАФ ГАЗ ЗИЛ КамАЗ	6 12 12 12 12 12 12	60 50 55 60 75 90 190	6,0 5,0 5,5 6,0 7,5 9,0 19,0	180 150 255 180 225 270 570	2,25 3,0 3,0 3,8 5,0 6,0 12,0

Каждый тип АКБ имеет условное обозначение (маркировку) в соответствии с ГОСТ 959.7-79. Например, маркировка 6СТ-75ЭМ по ГОСТ 959.7-79 означает, что батарея стартерная, имеет шесть аккумуляторов (номинальное напряжение каждого 2,0 В), номинальная емкость 75 ампер-часов, моноблок выполнен из эбонита, а одинарные сепараторы из мипласта, батарея сухозаряженного исполнения, ее характеристика соответствует ГОСТ 959.7-79.

Щелочные железоникелевые АКБ обладают большей механической прочностью, удельной энергоемкостью и более длительным сроком службы, по сравнению с свинцово-кислотными, однако имеют большее внутреннее сопротивление, габариты и стоимость, а также меньшую ЭДС элемента, что приводит к необходимости соединять не 6, а 10 элементов (табл. 2.2).

Таблица.2.2

Сравнительные параметры кислотных и щелочных АКБ

Тип АКБ	ЭДС элемента, В	Удельная энергия, кДж/кг	Долговечность (число циклов заряд-разряд)	Относительная
				Стоимость 1 Вт.* ч энергии	токсичность
Кислотные (свинцовые) Щелочные: Кадмиево – и железоникелевые Серебряно-цинковые Серебряно-кадмиевые	2,0 1,4 1,5 1,1	35...110 70...125 360.. .430 215...250	200.. .500 1000...3000 20...100 50...500	1 3 15 15	Наибольшая средняя наименьшая наименьшая

Свинцово-кислотные АКБ получили наибольшее распростра­нение в качестве стартерных батарей благодаря достаточно боль­шому сроку службы и малому внутреннему сопротивлению, а значит, и большому разрядному току.

АКБ состоит из моноблока с ячейками для отдельных аккумуляторов, комплектов положительных и отрицательных пластин (электродов), сепараторов, разделяющих разноименно заряжен­ные пластины, и электролита, представляющего собой 25...30% водный раствор серной кислоты.

Различают одинарную и двойную сепарацию. В последнем случае к сепаратору из мипора или мипласта добавляют сепара­торы из стекловолокна со стороны положительных пластин, что предохраняет активное вещество от осыпания и увеличивает срок службы АКБ на 20...25%. Однако это же повышает внутреннее сопротивление АКБ, а значит, снижает величину разрядного тока и ухудшает ее работу в стартерном режиме.

Электроды представляют собой пластины в виде свинцово-­сурьмяной решетки, ячейки которых заполнены активным веще­ством, после электрической подготовки приобретающим пористую структуру, что позволяет в 1600...2500 раз, в сравнении с види­мой поверхностью пластин, увеличивать поверхность соприкосно­вения активного вещества с электролитом. На решетку наносится паста, состоящая из порошка на основе свинца и окиси свинца, замешанных на водном растворе серной кислоты. После сушки и формирования на отрицательных пластинах паста превращается в губчатый свинец серого цвета, а на положительных пласти­нах - в двуокись свинца коричного цвета.

Объяснение процессов, протекающих в АКБ, наиболее досто­верно может быть дано теорией двойной сульфации, согласно которой при разряде на обоих электродах происходит образова­ние сернистого свинца PbS0₄ вследствие восстановления Рb0₂ на положительном электроде и окислении Рb на отрицательном. При разряде количество кислоты H₂S0₄ в электролите снижает­ся, а количество воды Н₂0 возрастает; следовательно, плотность электролита снижается. При заряде химические процессы проис­ходят в обратном направлении и плотность электролита воз­растает.

Процессы, происходящие при разряде и заряде свинцово-­кислотной АКБ, в общем виде можно представить следующим уравнением:

разряд

Рb0₂ + 2H₂S0₄ + Рb 2PbS0₄ + 2Н₂О

заряд

Основными электрическими величинами, характеризующими свинцово-кислотную АКБ, являются ЭДС Е_Б, напряжение U_Б , емкость С_Б, и внутреннее сопротивление R_Б. Они изменяются в зависимости от состояния АКБ и режима ее работы.

ЭДС зависит, главным образом от плотности электролита ρ, то есть Е_Б=0,84 + ρ. От температуры ЭДС практически не за­висит.

Напряжение АКБ в общем случае определяется выражением U_Б=Е_Б+I*R_Б, где I при заряде соответствует зарядному току (в выражении «+»); а при разряде - разрядному (выра­жение «-»).

Емкость аккумуляторной батареи определяется количеством электричества, отдаваемым батареей при ее разряде: С_Б = I_p *Т_р, где I_p, Т_р - соответственно ток и время разряда, за­висят от плотности и температуры электролита, величины актив­ной поверхности пластин и других факторов. По ГОСТ 959.7-79, номинальная емкость АКБ определяется по 20-часовому режиму ее разряда постоянным током I_р = 0,05 * С_Б при температуре электролита 25⁰С до конечного напряжения 10,5 В для 12 В ба­тареи; 5,25 В - для 6 В батареи и 1,7 В - для аккумулятора (полностью заряженный аккумулятор имеет напряжение 2,4 В).

При эксплуатации и обслуживании – АКБ надо учитывать сле­дующее. Для получения необходимой плотности заливаемого электролита ρ (l,25 г/ см³ для зоны Урала) надо смешивать кон­центрированную серную кислоту плотностью 1,83 г/см³ с дистил­лированной водой в примерном соотношении 1:3, причем во из­бежание ожогов каплями кислоты следует заливать кислоту в воду. Электролит должен заливаться в батарею при температуре не более 30^ОС.

Заряд залитой" АКБ постоянным током I_З = 0,1 * С_Б и напря­жением 12 или 6 В производится, если плотность электролита, залитого в батарею, через 1,5. ..2,0 ч уменьшится хотя бы в одном аккумуляторе до 0,03 г/см³, если сравнивать его с плотностью залитого электролита. .

Плотность электролита однозначно определяет степень раз­ряда АКБ. Для зоны Урала плотность электролита полностью заряженной АКБ должна быть 1,27 г/ см³, а у полностью разря­женной батареи - 1,11 г/см³. Снижение плотности на 0,01 г/см³ соответствует разряду АКБ примерно на 6%. Летом допускается разряд батареи без подзаряда на 50%, а зимой ~ на 25%. При хранении АКБ зимой желательно периодически (раз в месяц) подзаряжать батарею во избежание ее повышенного саморазряда и размораживания, так как электролит плотностью 1,27 г/см³ замерзает при температуре минус 58^ОС, а плотностью 1,11 г/см³ – минус 8⁰С.

Для обеспечения долговечной работы АКБ при ее эксплуата­ции необходимо избегать следующего: глубоких разрядов и сис­тематических перезарядов батареи; систематических недозарядов или длительного нахождения батареи в разряженном состоянии; снижения уровня электролита менее 10 мм над предохранительной сеткой; работы АКБ в стартерном режиме более 10 с; попа­дания в электролит посторонних токопроводящих примесей; до­ливки недистиллированной водой; загрязнения поверхности бата­реи и длительного хранения ее зимой при плюсовой температуре. Необходимо обеспечивать надежность крепления батареи и сое­диненных проводов.

Для определения степени разряда АКБ плотность электролита следует привести к 15⁰С. При этом необходимо учитывать, что при снижении температуры электролита на каждые 15⁰С его плотность возрастает примерно на 0,01 г/см³, а при повышении температуры соответственно снижается.

Характерными неисправностями АКБ являются осыпание активной массы положительных пластин, сульфатация, окисление полюсных штырей, повышенный саморазряд и короткое замы­кание.

Саморазряд - это снижение емкости неработающей батареи. Естественный саморазряд происходит в результате процессов, связанных с появлением местных токов на поверхности электро­дов или между решеткой и активным веществом пластины, а также в результате разной плотности электролита по высоте пластин при длительном хранении батареи. Среднесуточный естественный саморазряд не должен превышать 1%. Интенсив­ность саморазряда зависит от температуры электролита и прак­тически прекращается при – 15⁰С. Причинами повышенного саморазряда АКБ могут быть доливка электролита не дистиллированной водой, длительное хранение батареи без подзарядки и загрязнение ее поверхности.

Короткое замыкание может быть вызвано размораживанием АКБ вследствие малой плотности электролита, коробления пла­стин из-за длительного разряда АКБ большим током, а также разрушения положительных электродов в результате вибрации АКБ, заливки электролита высокой плотности или температуры, длительного перезаряда АКБ (например, при неисправном регу­ляторе напряжения). В последнем случае кислород, выделяю­щийся при электролизе воды, окисляет свинцовые решетки поло­жительных электродов, что вызывает их коррозию и последующее разрушение. Так, установлено, что повышение поддерживаемого регулятором напряжения выше оптимального значения на 10...12%, т. е. примерно на 1,4...1,6 В, сокращает срок службы АКБ в 2,0.. .2,5 раза.

Сульфатация заключается в образовании на поверхности электродов крупных трудно растворимых кристаллов сульфата свинца, которые закупоривают поры активного вещества, что препятствует проникновению электролита вглубь электродов.

В результате не все активное вещество участвует в работе, что снижает емкость аккумулятора. Причинами сульфатации могут быть оголение пластин из-за пониженного уровня электролита, длительное нахождение АКБ в разряженном состоянии, глубокие разряды батареи.