Краткие основы теории аккумуляторных батарей

КРАТКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

1. Определение аккумулятора и аккумуляторной батареи.

Вторичные источники тока или аккумуляторы являются обратимыми источниками энергии – после разряда их работоспособность можно полностью восстановить путем заряда. Разряд и последующий заряд называются циклом – многократное превращение химической энергии в электрическую (разряд) и наоборот (заряд).

Аккумуляторная батарея – совокупность соединенных между собой аккумуляторов, т.е. химических источников тока, накапливающих химическую энергию при заряде, отдающих электрическую энергию при разряде, вновь восстанавливающие энергию и отдающие ее многократно в течение работы.

2. Назначение аккумуляторной батареи на автомобиле.

Аккумуляторная батарея на автомобиле предназначена для электропитания стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания и других потребителей электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности.

3. Требования, предъявляемые к свинцовым стартерным батареям.

В автомобильной технике наибольшее распространение получили свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, удовлетворяющие комплексу требований в большей мере по сравнению с другими видами химических источников тока:

- большой стартерный ток

- запас энергии для питания потребителей;

- работоспособностью в широком диапазоне температур, давления и вибраций;

- незначительный саморазряд;

- минимальный объем технического обслуживания;

- длительный срок службы;

- невысокая стоимость.

4. Устройство и основная химическая реакция в свинцовом аккумуляторе.

Свинцовый аккумулятор представляет собой сосуд с водным раствором серной кислоты H2SO4 и погруженными в него двумя свинцовыми пластинами (электродами) с нанесенной активной массой. В заряженном состоянии активная масса положительной пластины состоит из двуокиси свинца PbO2 (темно-коричневого цвета), а отрицательный – из губчатого свинца Pb(серого цвета).

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄¬¾® PbSO₄ + PbSO₄ + 2H₂O

(+) (-) (электролит) (+) (-) (электролит)

За счет превращения химического состава активных масс и электролита образуется электрический ток – поток электронов, который движется от отрицательной пластины по внешней цепи через потребители к положительной пластине.

5. Конструктивные особенности исполнения аккумуляторных батарей.

Каждый аккумулятор состоит из электродов разной полярности, разделенных сепараторами и помещенных в прочный сосуд, наполненный раствором электролита. Сосуд устойчив к химическому воздействию электролита, механическим нагрузкам и температурным колебаниям. Потребители электроэнергии на автомобилях имеют номинальное напряжение 6, 12 или 24 вольта, поэтому для питания их используется аккумуляторная батарея, состоящая соответственно из трех или шести последовательно соединенных аккумуляторов, размещенных в одном корпусе (моноблоке). Для 24-вольтовой системы применяют две аккумуляторные батареи (каждая из шести аккумуляторов), соединенные последовательно (см. Примечание 8 каталога на стр. 15).

6. Обозначения АКБ по различным стандартам.

Расшифровка условных обозначений отечественных аккумуляторных батарей.

Условное обозначение батареи состоит из цифр и букв:

- первые одна или две цифры указывают количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее (3, 6 или 12), характеризующие номинальное напряжение (6, 12 или 24В соответственно);

- буквы, характеризующие назначение батареи (СТ – стартерная);

- число, указывающее номинальную емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда;

- буквы или цифры, дающие дополнительную информацию об исполнении батареи и применяемых материалах для моноблока и сепаратора:

А – общая крышка;

З – батарея залитая электролитом и заряженная;

Э – моноблок из эбонита;

П – моноблок из полипропилена;

Т – моноблок из термопластичной пластмассы;

М – сепаратор из поливинилхлорида типа мипласт;

Р – сепаратор из мипора;

П – сепаратор-конверт из полиэтилена.

Пример 1: 6СТ-55АМ – Стартерная свинцовая аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12В и номинальной емкостью 55А×ч. Имеет общую крышку и сепаратор типа мипласт.

Пример 2: 6СТ-60АПЗ – Стартерная свинцовая аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12В и номинальной емкостью 60А×ч. Имеет общую крышку, сепаратор-конверт из полиэтилена, поставляется заводом в залитом и заряженном состоянии.

Пример 3: 3СТ-155ЭМ – Стартерная свинцовая аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 6В и номинальной емкостью 155А×ч. Имеет моноблок из эбонита и сепаратор типа мипласт.

Расшифровка условных обозначений батарей Пауэр Интернэшнл.

Условное обозначение состоит из цифр и букв:

- первые цифры указывают номинальную емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда;

- первая буква обозначает схему соединения аккумуляторов в батарее:

R – схема 1 в приложении 2 («прямая» полярность);

L – схема 0 в приложении 2 («обратная» полярность);

- вторая буква обозначает виды и размеры полюсных выводов:

Е – рисунок 1 в приложении 3 («европейские»);

F – рисунок 2 в приложении 3 («фордовские»);

J – рисунок 3 в приложении 3 («японские»).

цифры после букв указывают ток стартерного разряда батареи по стандарту Германии DIN 43539.

Расшифровка условных обозначений батарей в соответствии со стандартом EN

Условное обозначение состоит из девятизначного числа (типа ХХХ YYYZZZ), которое разделено на три группы по три цифры в каждой группе:

- первая группа цифр условного обозначения указывает номинальную емкость при 20-часовом режиме разряда, если из трехзначного числа вычесть число 500 (XXX);

- вторая группа цифр обозначает конструктивные параметры батарей (габаритные размеры, виды и размеры выводов и т.д.) (YYY)

третья группа цифр указывает величину тока стартерного разряда батареи по европейскому стандарту EN 60095-1, деленную на число 10. (ZZZ)

Пример 1: 555 114 051 – Аккумуляторная батарея номинальной емкостью 55А×ч; ток стартерного разряда 510А по EN.

7. Основные электрические параметры АКБ.

Емкость аккумуляторной батареи – количество электричества, которое может накопить батарея при заряде (зарядная емкость) и отдать при разряде (разрядная емкость). Емкость зависит от количества активных материалов и степени их использования, а также от величины тока, температуры, напряжения на выводах и т.д.

Номинальная емкость – количество электричества в ампер-часах, которое отдает аккумуляторная батарея при разряде током 20-часового режима (0,05 от номинальной емкости) до конечного напряжения на выводах 10,5В для 12-вольтовой батареи и температуре +25°С. При большей номинальной емкости батареи допускается большее количество и мощность потребителей.

Ток стартерного разряда – характеризует стартерные свойства аккумуляторной батареи при пуске двигателя. При большем токе стартерного разряда батарея имеет более высокую пусковую мощность и обеспечивает более надежный пуск двигателя.

Резервная емкость – продолжительность разряда (в минутах) полностью заряженной батареи постоянным током 25А при температуре 27°С до достижения конечного напряжения на батарее, равного 10,5В. Резервная емкость характеризует запас энергии батареи для питания потребителей в случае выхода из строя генератора в автомобиле.

8. Варианты исполнения аккумуляторной батареи.

Аккумуляторные батареи могут быть изготовлены в следующих исполнениях:

- залитые и заряженные (готовые к установке на автомобиль и эксплуатации);

- сухозаряженные (перед эксплуатацией требуют заливки электролитом и подзарядки в соответствии с инструкцией по эксплуатации на данную батарею).

9. Что означает определение «необслуживаемая батарея»

По ГОСТ 959-2002 расход воды при перезаряде необслуживаемых батарей при постоянном напряжении (14,4±0,05)В за 21 сутки не должен быть более 6 грамм на 1А×ч номинальной емкости или 4 г/мин резервной емкости аккумуляторной батареи.

Необслуживаемая – это надпись на АКБ означает, что она удовлетворяет требованиям стандарта по «выкипанию» воды из электролита и саморазряду. Периодически в такой батарее необходимо проверять его уровень, по мере надобности доливать дистиллированную воду и протирать крышку. Аккумуляторные батареи, не имеющие отверстий для долива, очень требовательны к работе электрооборудования, прежде всего к работе регулятора напряжения. Для АКБ без заливных отверстий напряжение должно находиться в пределах 13,9…14,4В. Иначе ресурс батареи резко снизится из-за «выкипания» воды из электролита или постоянного недозаряда. А при интенсивной эксплуатации автомобиля (60…80 тыс. км пробега в год) такие батареи могут не отработать расчетный ресурс из-за «выкипания» воды, которую невозможно долить.