Свинцово-кислотные аккумуляторы: устройство, маркировка, обслуживание

Аккумулятор — это электрохимическое устройство, предназначенное для многократного накопления и отдачи электрической энергии. В основе его работы лежат обратимые химические реакции, позволяющие преобразовывать энергию между химической и электрической формами. В зависимости от состава электролита выделяют два основных типа: кислотные (свинцово-кислотные) и щелочные (например, никель-кадмиевые). В транспортной технике, такой как мотовозы и автомотрисы, применяются кислотные стартерные батареи, включая модели 6СТ-132ЭМ и 6СТ-190. Эти батареи обеспечивают питание систем управления дизельным двигателем, контрольно-измерительных приборов, цепей освещения и, главное, запуска двигателя через стартер.

Конструкция и маркировка аккумуляторных батарей. Стартерная батарея состоит из четырёх кислотных аккумуляторов 6СТ-132ЭМ, соединённых последовательно-параллельно. Последовательное соединение повышает общее напряжение до 24 В, необходимое для работы систем тяговой техники, а параллельное — увеличивает ёмкость до 264 А·ч, что обеспечивает длительную автономность. Ключевое преимущество кислотных аккумуляторов — низкое внутреннее сопротивление, позволяющее кратковременно (5–10 секунд) выдавать ток до 500 А для запуска дизеля.

Маркировка батареи содержит важные технические данные:
- Первая цифра (6) — количество последовательно соединённых элементов;
- Буквы СТ — обозначение стартерного типа;
- Число (132 или 190) — ёмкость в ампер-часах при 10-часовом режиме разряда.

Дополнительные символы указывают на материалы: Э — эбонитовый бак, П — асфальтопековая пластмасса, М/МС/Р — тип сепараторов (мипласт, стекловойлок, мипор). Буква З в маркировке означает сухозаряженное исполнение.

Устройство аккумулятора и электрохимические процессы. Каждый аккумулятор включает шесть элементов, размещённых в общем корпусе из эбонита или асфальтопековой пластмассы. Элементы разделены перегородками и заполнены электролитом — раствором серной кислоты (H₂SO₄) в дистиллированной воде.

Пластины изготавливаются из свинцово-сурьмянистого сплава (94% Pb, 6% Sb). Сурьма повышает механическую прочность и облегчает литьё. Активная масса положительных пластин формируется из перекиси свинца (PbO₂), отрицательных — из губчатого свинца (Pb). Для предотвращения коробления положительные пластины размещают между двумя отрицательными, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки.

Сепараторы из мипора или мипласта разделяют пластины, предотвращая короткое замыкание. Их пористая структура не препятствует циркуляции электролита. Сверху блок пластин защищён перфорированным щитком из кислотостойкого материала.

Электролит и климатические особенности. Плотность электролита критически влияет на производительность батареи. Для разных климатических зон установлены следующие нормы (при температуре +15°C):

Резко континентальный климат (зимой ниже -40°C):
- Зима — 1,31 г/см³;
- Лето — 1,27 г/см³;

Северные регионы (до -40°C): 1,29 г/см³ (круглый год);
Центральные регионы (до -30°C): 1,27 г/см³;
Южные регионы: 1,25 г/см³.

Отклонение от этих значений приводит к снижению ёмкости и обледенению электролита при отрицательных температурах.

Циклы разряда и заряда. Разряд сопровождается преобразованием активных веществ в сульфат свинца (PbSO₄) и снижением плотности электролита. Процесс прекращают при напряжении 1,7–1,8 В на элемент, чтобы избежать необратимой сульфатации — образования крупнокристаллического PbSO₄, блокирующего активную массу.

Заряд восстанавливает исходные вещества:
- На аноде: PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + H₂SO₄ + 2H⁺ + 2e^-;
- На катоде: PbSO₄ + 2e^- → Pb + SO₄^2-.

Оптимальный зарядный ток — 8–10% от ёмкости (например, 13,2 А для батареи 132 А·ч). Окончание заряда определяется по «кипению» электролита — интенсивному выделению газов (H₂ и O₂) при напряжении 2,6–2,7 В.

Эксплуатация и обслуживание
1. Контроль уровня и плотности электролита — проводится каждые 15 тыс. км пробега. При испарении воды доливают только дистиллированную воду.

2. Профилактика сульфатации — регулярная подзарядка малыми токами (2–3 А) для растворения кристаллов PbSO₄.

3. Хранение — неиспользуемые батареи хранят в заряженном состоянии при температуре 0…+10°C.

4. Саморазряд — естественная потеря 1–2% ёмкости в сутки из-за паразитных реакций.

Заключение. Современные свинцово-кислотные аккумуляторы остаются незаменимыми в тяговой технике благодаря высокой стартерной мощности и относительной простоте конструкции. Однако их срок службы (3–5 лет) напрямую зависит от соблюдения правил эксплуатации: поддержания плотности электролита, избегания глубоких разрядов и своевременного обслуживания. Внедрение технологий AGM (Absorbent Glass Mat) и GEL в новые модели позволило снизить газовыделение и увеличить цикличность, что расширяет сферу их применения.