Устройство автомобильных аккумуляторов и батарей

Аккумуляторные батареи в автомобиле обеспечивают электропита­ние потребителей при недостаточной мощности, вырабатываемой генера­тором (например, при неработающем двигателе, при пуске двигателя, при малых оборотах двигателя).

Основными требованиями, предъявляемыми к автомобильным акку­муляторным батареям, являются:

- малое внутреннее сопротивление;

- большая емкость при малых объеме и массе;

- устойчивость к низкой температуре;

- простота обслуживания;

- высокая механическая прочность;

- длительный срок службы;

- незначительный саморазряд;

- невысокая стоимость.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.

АКБ по конструктивным признакам в соответствии с ГОСТ 959-9IE на три группы: 1) традиционные; 2) малообслуживаемые; 3) необслуживаемые.

Традиционные батареи собираются в корпусах с отдельными крыш­ками и в корпусах с общей крышкой.

Традиционные батареи с отдельными крышками собираются в од­ном эбонитовом или пластмассовом сосуде - моноблоке, разделенном пе­регородками на отдельные ячейки по числу аккумуляторов (в просторечии - банок) в батарее. В каждой ячейке помещен электродный блок, состоя­щий из чередующихся положительных и отрицательных электродов, раз­деленных сепараторами. Сепараторы служат для предотвращения замыка­ния электродов, но при этом за счет своей пористости способны пропус­кать через себя электролит. Электроды устанавливаются на опорные приз­мы, что предотвращает замыкание разноименных электродов через шлам, накапливающийся в процессе эксплуатации на дне моноблока.

Сверху электродного блока устанавливается перфорированный пре­дохранительный щиток, защищающий верхние кромки сепараторов от ме­ханических повреждений при замерах температуры, уровня и плотности электролита.

В новых сухозаряженных батареях вен­тиляционное отверстие закрыто приливом. После заливки электролита этот прилив следует срезать.

Соединение аккумуляторов в батарею осуществляется с помощью перемычек. К выводным бортам крайних аккумуляторов приваривают по­люсные выводы для соединения батареи с внешней электрической цепью. Диаметр положительного вывода больше, чем отрицательного. Это исклю­чает неправильное подключение батареи. В некоторых случаях полюсные выводы имеют отверстия под болт.

Герметизация батареи в местах сопряжения крышек со стенками и перегородками моноблока обеспечивается битумной заливочной мастикой.

Традиционные батареи с общей крышкой изготавливают в пластмас­совых моноблоках. Эластичность пластмассы позволяет соединять акку­муляторы в батарею сквозь отверстия в перегородках моноблока. Это де­лает возможным на 0,1...0,3 В повысить напряжение батареи при стартер-ном разряде и уменьшить расход свинца в батарее на 0,5...3 кг. Примене­ние термопластичных пластмасс позволило значительно снизить массу корпуса батареи. Использование пластмассового моноблока и общей крышки позволило применить герметизацию батареи методом контактно-тепловой сварки, что обеспечивает надежную герметичность при темпера­турах от минус 50 до плюс 70°С.

На рисунке 4.1 приведена в разрезе конструкция аккумуляторной ба­тареи типа 6СТ-55П, широко применяемая на автомобилях ВАЗ.

Аккумуляторная батарея состоит из шести последовательно соеди­ненных аккумуляторов напряжением по 2В, размещенных в общем корпу­се (моноблоке). Корпус 1 изготовлен из полипропилена и разделен непро­ницаемыми перегородками на шесть отсеков. Крышка 2, общая для всего корпуса, также изготовлена из полипропилена и приварена к корпусу ульт­развуковой сваркой.

В каждом аккумуляторе находится набор положительных 9 и отри­цательных 10 пластин. Пластины выполнены в виде решетки, отлитой из сплава свинца и сурьмы и заполненной пористой активной массой из свинца и свинцовых окислов. Пластины опираются на ребра (призмы) кор­пуса, и поэтому между дном и нижними кромками пластин имеется сво­бодное пространство. Осыпающаяся с пластин активная масса (шлам) за­полняет это пространство, не достигая нижних кромок пластин, что предо­храняет их от короткого замыкания.

Рисунок 4.1 - Конструкция аккумуляторной батареи типа 6СТ-55П

1 - корпус, 2 - крышка, 3 - положительный вывод, 4 - межэлементное соедине­ние (баретка), 5 - отрицательный вывод, 6 - пробка заливной горловины, 7 - заливная горловина, 8 - сепаратор, 9 - положительная пластина, 10 - отрицательная пластина.

 

Пластины одинаковой полярности собираются в полублок и прива­риваются к бареткам 4, которые служат для крепления пластин и вывода тока. Из полублоков положительных и отрицательных пластин собирается блок с чередованием разноименных пластин. Для изоляции разноименных пластин друг от друга между ними установлены сепараторы 8 из микропо­ристого поливинилхлорида.

Электролитом в аккумуляторе служит раствор серной кислоты в дис­тиллированной воде. При заряде батареи серная кислота электролита взаимодействует с активной массой пластин и превращает ее в сульфат свинца (белого цвета); при этом количество кислоты в электролите уменьшается, а его плотность снижается. При заряде батареи под действием проходящего через батарею зарядного тока происходит обратный процесс. Сульфат свинца в активной массе положительных пластин превращается в перекись свинца (коричневого цвета); при этом в электролит выделяется серная ки­слота, и его плотность увеличивается. Доливку дистиллированной воды производят по необходимости 1-2 раза в месяц.

В малообслуживаемых батареях содержание сурьмы в сплаве токо-отводов снижено в 2-3 раза по сравнению с традиционными батареями. Ряд производителей к малосурьмяниистому свинцу добавляет различные леги­рующие вещества, в частности, серебро и селен. Это обеспечивает подзаряд батареи в интервале регулируемого напряжения практически без газо­выделения. Вместе с тем скорость саморазряда необслуживаемой батареи снижена примерно в 5-6 раз.

Малообслуживаемая батарея имеет улучшенную конструкцию. Один из аккумуляторных электродов в ней помещен в сепаратор-конверт, опор­ные призмы удалены, электроды установлены на дно моноблока. Этого электролит, который в традиционных батареях был под электродами, в не­обслуживаемых батареях находится над электродами. Поэтому доливка воды в такую батарею необходима не чаще, чем 1 раз в 1,5-2 года.

Необслуживаемые батареи отличаются малым расходом воды и не требуют ее долива в течение всего срока службы. Вместо сурьмы в сплаве решеток аккумуляторов используется другой элемент. Например, приме­нение кальция позволило уменьшить газовыделение более чем в десять раз. Столь медленное «выкипание» большого объема воды можно «растя­нуть» на весь срок службы аккумулятора, вообще отказавшись от залив­ных отверстий и доливки воды.

Необслуживаемые батареи другого типа вместо электродных пла­стин включают в свой состав электроды, скрученные в плотные рулоны. Между электродами проложен тонкий сепаратор, пропитанный электро­литом. При плотной упаковке электроды не требуют упрочнения сурьмой. Электролит в таких батареях связан губчатой прокладкой и не вытекает даже при повреждении корпуса батареи. При непродолжительном переза­ряде газы, проходя по каналам сепаратора, вступают в реакцию и превра­щаются в воду. При длительном перезаряде газы, не успев прореагировать друг с другом, выходят через предохранительный клапан. Количество электролита будет в этом случае уменьшаться. Для своевременного пре­дотвращения перезаряда в автомобиле необходимо устанавливать сигнали­затор аварийного напряжения. Аккумуляторы, изготавливаемые по данной технологии, получили название «спиральные элементы» (Spiral Cell). Пре­имуществами этих аккумуляторов являются: большой ток холодной про­крутки, стойкость к вибрациям и ударам, большое число циклов пуска дви­гателя (в три раза больше, чем у традиционных батарей), малый самораз­ряд (срок хранения без подзарядки - более года). Такие АКБ имеют обо­значение VRLA.