Аккумуляторная батарея служит источником электропитания для всех потребителей электроэнергии, имеющихся в автомобиле. Аккумуляторная батарея является одним из самых важных узлов автомобиля. Аккумуляторная батарея служит также стабилизатором напряжения системы электроснабжения в целом. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, поскольку она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой (многоамперный) ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки. Прежде чем проверять систему электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в хорошем (работоспособном) состоянии.
В любом автомобиле электрические узлы потребляют при работе ток от аккумуляторной батареи. Система электроснабжения предназначена для постоянного поддержания аккумуляторной батареи в полностью заряженном состоянии. Устройство, вырабатывающее электроэнергию, согласно стандарту SAE называется генератором.
Во всех электрогенераторах для преобразования механической энергии в электрическую используется явление электромагнитной индукции. Принцип электромагнитной индукции заключается в том, что при перемещении проводника в магнитном поле в нем возникает электрический ток.
Аккумуляторная батарея состоит из нескольких (из трех или шести) одинаковых по своему устройству аккумуляторов, соединенных между собой последовательно.
Простейший аккумулятор представляет собой два электрода — свинцовые пластины, опущенные в электролит (раствор серной кислоты и воды). В результате действия электролита на поверхности обеих пластин появляется налет кристаллического сернокислого свинца, а плотность электролита, т. е. содержание в нем серной кислоты, уменьшается.
Обязательным условием работы аккумулятора является зарядка, т. е. пропускание через него электрического тока. При зарядке происходит химическая реакция, приводящая к увеличению плотности электролита и изменению состава поверхностного слоя пластин. Пластина, соединенная с положительным полюсом генератора, покрывается слоем перекиси свинца, а пластина, соединенная с отрицательным полюсом, — чистым губчатым свинцом.
Если заряженный таким образом аккумулятор соединить, например, с электрической лампочкой, то она загорится. Произойдет разрядка аккумулятора, в результате которой выделится электрическая энергия и произойдут обратные химические превращения пластин и электролита. При этом плотность электролита уменьшится, а пластины снова покроются налетам сернокислого свинца. Количество запасенной аккумулятором электрической энергии зависит в основном от количества участвующих в химических превращениях соединений свинца, т. е. от количества активной массы пластин. Чем больше активной массы на пластинах аккумулятора, тем больше электрической энергии он может накопить при зарядке.
Аккумулятор состоит из бака 1 с электролитом, положительных 11 и отрицательных 12 пластин, отделенных одна от другой изоляционными пластинами — сепараторами 10.
Сечение бака прямоугольной формы. Бак изготовляется из кислотостойкой пластмассы или эбонита и имеет на дне ребра 13, на которые опираются пластины.
Рис.1 Устройство аккумуляторной батареи: 1 — бак; 2 — межэлементное соединение; 3 — пробка; 4 — заливное отверстие; 5 — крышка аккумулятора; 6 — заливочная мастика; 7 — штырь; 8 — мостик баретки; 9 — предохранительный щиток; 10 — сепаратор; 11 — положительная пластина; 12 — отрицательная пластина; 13 — ребра
Пластины, как отрицательные, так и положительные, отливаются из свинца и делаются решетчатыми, чтобы в них поместилось больше активной массы. Для прочности решеток в свинец добавляется немного сурьмы. Решетки пластин заполняются активной массой, состоящей в основном из соединений свинца.
Количество запасаемой (и отдаваемой при разрядке) аккумулятором электрической энергии зависит не только от количества активной массы, «о и от размера ее поверхности, соприкасающейся с электролитом. Чтобы увеличить эту поверхность, в аккумуляторе устанавливается по нескольку одноименных пластин, соединенных в полублоки: полублок отрицательных пластин и полублок положительных пластин. Каждый из этих полублоков имеет свою выгодную клемму — штырь 7.
При сборке полублоков в один блок положительные пластины вставляются между отрицательными, а между пластинами помещаются сепараторы.
Сепараторы изготовляются из специально обработанного дерева, микропористой пластмассы или из стекловолокна. Они предупреждают короткое замыкание пластин и в то же время свободно пропускают через себя электролит.
Отрицательных пластин в блоке всегда на одну больше, чем положительных. Это делается для того, чтобы лучше использовать площадь положительных пластин и предохранить их от разрушения. Собранный блок пластин вставляется в бак.
Аккумулятор закрывается сверху крышкой 5, имеющей два отверстия для штырей 7 — положительного и отрицательного — и одно отверстие 4 с резьбой для пробки аккумулятора. Через это отверстие заливается электролит и контролируется его уровень. В пробке 3 имеется вентиляционное отверстие, сообщающее полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода газов, выделяющихся при химических реакциях. В некоторых батареях для этой цели служат специальные отверстия в крышках.
Аккумуляторы при помощи межэлементных соединений 2 (свинцовых пластин) соединяются в батарею. После сборки батареи края крышек аккумуляторов заливаются специальной кислотостойкой мастикой 6.
В качестве электролита для свинцовых аккумуляторных батарей используется раствор химически чистой серной кислоты и дистиллированной воды. Соотношение кислоты и воды в электролите определяется после зарядки по его плотности с помощью ареометра. После зарядки плотность электролита должна соответствовать климатическим условиям эксплуатации автомобиля: в северных районах плотность электролита должна быть выше, в южных — ниже.
Принцип работы АКБ
Принцип работы аккумулятора основан на электрохимической реакции окисления свинца в растворе серной кислоты и воды.
При разрядке батареи на положительной пластине происходит окисление металлического свинца, при этом на отрицательной пластине восстанавливается уже диоксид свинца.
При зарядке происходит обратный процесс, количество диоксида свинца на отрицательной пластине уменьшается, а на положительной пластине увеличивается количество металла.
Так же при разрядке АКБ уменьшается количество серной кислоты в электролите и увеличивается количество воды. При зарядке так же происходит обратный процесс.
Маркировка АКБ
Аккумуляторные батареи маркируются условными обозначениями, наносимыми на межэлементные соединения. Так, например, маркировка 3-СТ-70-ПМ означает следующее: первая цифра «3» — количество последовательно соединенных в батарее аккумуляторов, буквы «СТ» — что это батарея стартериого типа. Цифра «70» обозначает емкость аккумуляторной батареи, которая равна 70 ампер-часам. Буква «П» указывает на материал, из которого изготовлен бак; в данном случае из асфальтопековой массы с кислотостойкими вставками. Если вместо буквы «П» стоит буква «Э», значит бак эбонитовый; если «В» — бак из асфальтопековой массы, но без кислотостойких вставок. Наконец, последняя буква характеризует материал сепараторов: «Д» — деревянные, «М» — мипор, мипласт или различные комбинированные пластмассовые материалы
Применение
Аккумулятор широко используют на транспорте, железнодорожные вагоны, троллейбусы, машины -- гибриды, электрокары, троллейбусы и даже огромные «Белазы» -- используют специальные аккумуляторы для движения. И это не привычные аккумуляторные батареи, которые стоят в наших автомобилях и требуют дополнительного сервиса по зарядке и контроль уровня электролита и его плотности. Аккумуляторы использующиеся на транспорте -- это тяговые аккумуляторные батареи, разработанные специально для работы силовых агрегатов и двигателей. Такие аккумуляторные батареи обладают продолжительным сроком службы.
Домашнее задание
Прочитать текст и ответить на вопросы:
1. Как устроена АКБ и ее назначение
2. Расшифровать обозначение АКБ
3. Опишите принцип работы АКБ