§ 5. Аккумуляторные батареи

В аккумуляторной батарее электрическая энергия, поступающая в процессе ее зарядки от внешнего источника постоянного тока, превраща- ется в химическую и в таком виде может быть запасена, а в процессе разрядки вновь преобразуется в электрическую энергию. Автотрактор- ные аккумуляторные батареи называют стартерными, так как при ма- лом внутреннем падении напряжения обладают свойствами кратковре- менно отдавать большой ток, необходимый для работы стартера.

Устройство кислотио-свинцовой аккумуляторной батареи. Такая батарея (рис. 180, а) состоит из трех или шести последовательно со- единенных аккумуляторов напряжением около 2 В каждый. Бак 6 ба- тареи изготовляется из эбонита или асфальто-пековой пластмассы, которым присущи хорошие кислотостойкие и изоляционные качества, вы- сокая механическая и термическая прочность. Опорные призмы на дне бака предотвращают замыкание пластин через образующийся во время работы батареи осадок — шлам. Положительные 3 и отрицательные 1 пластины аккумулятора отливают в форме решеток из свинца с добав- лением для прочности н лучших литейных качеств 6—8% сурьмы. Ре- шетки пластин заполняют активной массой, состоящей из окисленнрго свинцового порошка, замешанного на водном растворе серной кислоты.

Активная масса положительных пластин менее прочная, чем отри- цательных, поэтому они несколько толще. При сборе аккумуляторов

15* 227

Рис. 180. Кислотно-свинцовая аккумуляторная батарея:

а — устройство; б — кривая разряда аккумулятора; 1 — отрицательная пла- стина; 2— сепаратор; 3—положительная пластина; 4 — мостик; 5 — штырь; 6 —бак; 7 — положительная клемма: 8 — пробка наливного отверстия; 9 — крышка; 10 — перемычка; 11 — вентиляционный штуцер; 12 — отрицательная клемма.

отрицательных пластин берут на одну больше, чем положительных, бла- годаря этому положительные пластины работают равномерно всей по- верхностью и коробление крайних положительных пластин уменьшает- ся. Спаянные между собой пластины образуют полублоки. Положитель- ные и отрицательные пластины разделены сепараторами 2 из микропористого эбонита (мипора), микропористой пластмассы (ми- пласта) или других материалов. Аккумуляторы закрыты крышками 9, заливные отверстия закрываются пробками 8. В пробках сделаны от- верстия для выхода газов во время зарядки батареи. Пространство между крышками и стенками моноблока заливается кислотостойкой мастикой, изготовленной из нефтяного битума и авиационного масла. Внутренний объем аккумулятора заполняют электролитом — раствором химически чистой серной кислоты в дистиллированной воде.

Активную массу положительных пластин полностью заряженной батареи составляет двуокись свинца РЬ0₂ темно-коричневого цвета, а отрицательных — губчатый (пористый) свинец РЬ светло-серого цвета. При разрядке батареи активные массы положительных и отрицатель- ных пластин, взаимодействуя с серной кислотой H₂S0₄ электролита, превращаются в сернокислый свинец PbS0₄ (сульфат свинца). В ходе разрядки батареи происходит разложение серной кислоты. Кислотный остаток SO^^- поглощается активными массами пластин, а в электроли- те остается вода Н₂0.

Условное обозначение аккумуляторных батарей состоит из цифро- буквенного набора. Первая цифра указывает на число последовательно соединенных аккумуляторов, а две следующие буквы — на тип батареи (СТ — стартерная). Цифры за буквами равны номинальной емкости ба- тареи в ампер-часах (А-ч) при непрерывном 10-часовом разряде и средней температуре электролита 30° С. Следующие далее буквы обо- значают материал, из которого изготовлен бак (Э — эбонит, П — ас- фальтопековая масса с кислостойкими вставками, В — асфальтопеко- вый бак без вставок) и материал сепаратора (М — мипласт, МС — ми- пласт со стекловойлоком, Р— мипор). Например, на тракторах МТЗ-80 и МТЗ-82 установлено две последовательно соединенные акку- муляторные батареи ЗСТ-215ЭМ; значит, в батарее три последователь- но соединенных аккумулятора, по типу батарея стартерная, емкость батареи 215 А-ч, бак эбонитовый, сепараторы мипластовые.

Основные электротехнические показатели аккумуляторной бата- реи— э. д. е., напряжение на ее зажимах, внутреннее сопротивление, мощность и емкость.

Э.д. с. кислотно-свинцового аккумулятора (э. д. с. покоя), определяемая приближенно по формуле £о=0,84+"у, зависит от плотности электролита у. Размер и количество пластин не оказыва- ют влияния на значение э. д. с. аккумулятора. Степень заряженности аккумулятора также мало влияет на его э. д. с. При изменении плот- ности электролита в пределах 1,10—1,34 г/см³ э. д. с. аккумулятора из- меняется пропорционально увеличению плотности.

Напряжение на зажимах аккумуляторной батареи меньше э. д. с. батареи на величину внутреннего падения напряжения. При воз- растании внутреннего сопротивления напряжение аккумуляторной ба- тареи уменьшается.

Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от ко- личества и размера пластин, расстояния между ними, пористости сепа- ратора, плотности электролита и его температуры. Внутреннее сопро- тивление заряженного аккумулятора составляет 0,001—0,0015 Ом. По мере разряда аккумулятора его внутреннее сопротивление вследствие уменьшения плотности электролита повышается до 0,02 Ом.

Мощность батареи во внешней цепи равна произведению си- лы разрядного тока на напряжение батареи.

Емкость аккумулятора есть количество электричества, вы- раженное в ампер-часах, которое отдает полностью заряженный ак- кумулятор при непрерывном его разряде до установленного предела. Различают номинальную (разрядную) и стартерную емкость. Номи- нальная емкость Q„ аккумуляторной батареи принято определять при непрерывном 10-часовом разряде до напряжения 1,7 В при средней температуре электролита 30±2°С. Стартерная емкость Q_CT определя- ется при температуре +30 и —18° С. Разрядный ток должен быть в три раза больше номинальной емкости Q_H. Предельное снижение напряже- ния принято 1,5 В при 30° и 1 В при —18° С, а продолжительность раз- рядки соответственно 5,5 и 3 мин. На машинах устанавливают батареи, емкость которых берется с некоторым запасом, чтобы компенсировать возможные перегрузки и обеспечить надежную работу в условиях по- ниженных температур, когда емкость батареи уменьшается.

Емкость аккумулятора зависит от размеров пластин, плотности и температуры электролита и силы разрядного тока. Чем больше по- ристость активной массы пластин, выше плотность и температура электролита, тем больше емкость аккумулятора. С ростом разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается. Это объясняется тем, что по мере работы аккумулятора сернокислый свинец закрывает поры на по- верхности активной массы пластин, в результате чего снижается отда- ча электричества. С усилением зарядного тока зарядная емкость аккуму- лятора также понижается, так как химические процессы, происходя- щие в активной массе пластин, до конца не завершаются. Изменение температуры электролита оказывает влияние на его вязкость. Увели- чение вязкости электролита при понижении температуры приводит к уменьшению емкости аккумулятора. Повышение же температуры на 1°С (в пределах 15—20°С) увеличивает емкость батареи на 1%.

Для сохранения емкости батареи в нормальных пределах при низ- ких температурах на некоторых конструкциях применяются внутренние электроподогревательные элементы, поддерживающие температуру элек- тролита в пределах +10-ь+5°С и обеспечивающие нормальную отдачу тока при температуре окружающего воздуха от —25 до —40° С (авто- мобили КамАЗ).

Если батарея продолжительное время не работала, то емкость ее уменьшается. Поэтому при длительном хранении батарею периодичес- ки подзаряжают.

В процессе эксплуатации батареи происходит естественный износ пластин, сепараторов, сосудов. Зарядка и разрядка положительных

пластин связаны с постоянными объемными изменениями активной мас- сы, так как объем сульфата свинца значительно больше, чем объем двуокиси свинца. Это ведет к разрыхлению активной массы и выпа- дению частичек двуокиси свинца в виде шлама, особенчо под действием обильного газовыделения при зарядке. Со временем количество актив- ной массы на пластинах уменьшается, емкость батареи падает. Отри- цательные пластины в процессе работы также теряют свою работоспо- собность, так как губчатый свинец обладает свойством уплотняться и уменьшать активную поверхность.

Преждевременный износ батареи возможен но ряду причин. Основ- ной из них является сульфатация пластин, то есть процесс образования на поверхности и в порах активной массы пластин крупнокристалли- ческого сульфата свинца. Сульфатация вызывается систематическими недозарядами, глубокими разрядами, длительным содержанием батареи в разряженном состоянии, высокой температурой электролита, примеся- ми или заливкой электролита плотностью выше нормы, а также саморазрядом, возникающим в результате неисправностей или несоблю- дения правил технического обслуживания. Чтобы избежать сульфата- ции, батарея должна разряжаться до конечного напряжения 1,5—1,7 В (см. рис. 179,6), в зависимости от силы разрядного тока.

Признаки сульфатацни пластин — повышение напряжения на эле- ментах в начале зарядки, обильное преждевременное выделение газов, повышенная температура электролита, незначительное увеличение плотности и низкое напряжение в конце зарядки, меньшая емкость при разрядке.

В начальной стадии сульфатацию пластин можно преодолеть, заряжая аккумуляторную батарею пониженным током до появления за- метного газовыделения. После этого батарею выключают на 20— 53 мин, чтобы пузырьки газа вышли из пор активной массы пластин. Последующая зарядка ведется длительное время током, в три-четыре раза меньшим тока первой зарядки, до тех пор, пока плотность элек- тролита станет постоянной.

Разрушение пластин может происходить также вследствие уплотне- ния губчатого свинца, что вызывается систематическим перезарядом батареи в результате неправильной регулировки реле-регулятора или высокой температурой электролита (более 45°С).

Выкрашивание активной массы (особенно на положительных плас- тинах) может быть следствием замерзания электролита. В этом случае батарею переносят в теплое помещение и после оттаивания электролита заряжают током первого заряда.

Перемена полярности батареи ведет к саморазряду, сульфатации, искривлению пластин и их разрушению. Коррозия и разрушение ре- шетки положительных пластин вызываются глубокими разрядами и за- грязнением электролита органическими веществами. Загрязненный электролит следует заменить. Для этого батарею заряжают током 10- часового разряда, сливают электролит и промывают батарею дистил- лированной водой, которой наполняют бак доверху, и оставляют в бата- рее на 3—4 ч. После этого бак освобождают от воды и заливают элек- тролит плотностью 1,29—1,30 г/см³. Спустя еще 3—4 ч батарею заря- жают током номинального заряда.

Разрушение сепаратора становится причиной короткого замыкания и порчи пластин. Механические повреждения и нагревание клемм вы- зывают нарушение их контакта с наконечником. Контакт восстанавли- вают зачисткой контактных поверхностей, затяжкой зажимов, смазкой их техническим вазелином.

В процессе технического обслуживания аккумуляторные батареи проверяют и испытывают. Измеряя плотность электролита, судят о сте- пени заряда батареи. Можно считать, что снижение плотности электро-

лита на 0,01 г/см³ соответствует разряду батареи на 6%. Плотность электролита проверяют денсиметром с ценой деления 0,01 ед., поме- щенным в стеклянную пипетку. В зависимости от климатических усло- вий, времени года и материала сепараторов аккумуляторы заполняют электролитом различной плотности, отнесенной к температуре 15° С. При составлении электролита температура раствора повышается, поэтому измеренную плотность пересчитывают на температуру 15° С по специаль- ным таблицам или с учетом поправки +0,0007 на каждый градус изме- нения температуры электролита при температуре выше 15°С и —0,0007 на каждый градус изменения температуры электролита при температуре ниже 15° С.

Уровень электролита в баке должен быть на 10—15 мм выше пре- дохранительного щитка, установленного над сепараторами. Э. д. с. ак- кумуляторной батареи измеряют вольтметром при отключенной внеш- ней цепи и сравнивают с э. д. с. покоя Е₀. Если измеренная э. д. с. мень- ше э. д. с. покоя Е₀, значит внутри аккумулятора произошло короткое замыкание.

Напряжение на зажимах каждого аккумулятора измеряют нагру- зочной вилкой, сопротивление которой около 0,012 Ом, а потребляемый ток — около 100 А. Напряжение на зажимах батареи определяют по вольтметру, включенному параллельно сопротивлению нагрузочной вил- ки. Во избежание разряда батареи нагрузочная вилка не должна быть включена более чем на 5 с. Значение напряжения на зажимах под на- грузкой характеризует степень зарядки аккумулятора. У исправной ба- тареи разница между напряжениями на зажимах аккумуляторов под нагрузкой не должна превышать 0,1 В (при нормальной плотности элек- тролита) .