АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

Аккумулятором называется химический источник тока, который способен накапливать (аккумулировать) в себе электрическую энергию и по мере необходимости отдавать ее во внешнюю цепь.

В зависимости от рода электролита аккумуляторы разделяют на кислотные и щелочные.

На мотовозе и автомотрисе применяется кислотная стартерная аккумуляторная батарея типа 6СТ-132ЭМ или 6СТ190.

Батарея предназначена для питания цепей управления дизелем, контрольно-измерительных приборов, цепей освещения машины и запуска дизеля.

Батарея состоит из четырех кислотных аккумуляторов типа 6СТ-132ЭМ, соединенных между собой последовательно - параллельно. Последовательное соединение позволяет увеличить напряжение до 24В, а параллельное соединение увеличивает емкость батареи до 264 а час.

Применение кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток в несколько сотен ампер, который необходим для питания стартера при пуске дизеля.

В условном обозначении типа батареи первая цифра показывает число последовательно соединенных аккумуляторных элементов; буквы «СТ» означают, что батарея стартерная, двух- или трехзначное число соответствует емкости батареи в ампер-часах при 10-часовом режиме разряда.

Аккумуляторные батареи, способные без вреда для своего состояния отдавать кратковременно (5-10 сек.) большую силу тока, называются стартерными.

Емкостью аккумуляторной батареи называется количество электричества, которое она может отдать при разряде до допустимого напряжения.

Емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах и определяется путем умножения тока в амперах на время в часах, в течение которого производится разряд.

Для кислотных стартерных батарей за номинальную емкость (Е) принимается емкость при 10-часовом разрядном режиме тока, равным 0,1Е, до напряжения 1,7В от начальной плотности электролита 1,285 при его средней температуре + 30 С.

Кроме обозначения типа, маркировки батарей включают буквы, характеризующие материал бака, сепараторов и вид исполнения. Так, буква «Э» означает, что бак батареи изготовлен из эбонита, а буква «П» - из асфальтопековой пластмассы. Материал сепараторов указывается буквами «М» (мипласт) «МС» (мипласт и стекловойлок), «Р» (мипор). Для батарей сухозаряженных дополнительно проставляют букву «З». Маркировку батарей наносят на межэлементных перемычках.

Аккумулятор состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторных элементов, размещенных в одном общем баке. Бак батареи изготавливается из эбонита или асфальтопековой пластмассы и разделяется перегородками на изолированные друг от друга сосуды. Каждый аккумуляторный элемент батареи помещается в один из сосудов и заливается электролитом, который представляет собой раствор хорошо очищенной серной (аккумуляторной) кислоты в дистиллированной воде.

Как положительные, так и отрицательные пластины аккумулятора отливают в виде решеток из сплава, содержащего 94% свинца 6% сурьмы. Сурьма увеличивает жесткость пластин и облегчает их отливку. В решетку пластин вмазывают активную массу , приготовляемую в виде пасты из смеси свинцового сурика со свинцовым галетом для положительных пластин и из окисленного свинцового порошка для отрицательных. После этого пластины погружают в ванну с электролитом и подвергают заряду (формированию).

-57-

В процессе формирования активная масса положительных пластин превращается в перекись свинца и приобретает темно-коричневый цвет, а активная масса отрицательных пластин – в губчатый свинец, имеющий серый цвет. По окончании формирования пластины могут быть оставлены в заряженном или разряженном состоянии. Прошедшие формирование пластины собираются в блоки так, чтобы положительные пластины чередовались с отрицательными.

Положительные пластины при работе только одной стороной сильно коробятся из-за неравномерного изменения объема активной массы. Отрицательные пластины подвержены такому короблению в меньшей степени. Чтобы избежать быстрого разрушения положительных пластин от коробления, каждую из них нужно расположить между двумя отрицательными. Поэтому отрицательных пластин в блоке всегда на одну больше. Одноименные пластины блока соединены между собой свинцовыми перемычками – баретками. Чтобы предотвратить замыкание разноименных пластин, их отделяют друг от друга тонкими прокладками – сепараторами. Сепараторы не должны затруднять движения электролита между пластинами, поэтому сепараторы делают из материала с большим количеством микроскопических пор – мипора или мипласта.

Для защиты сепараторов от повреждений, могущих произойти при проверке уровня или при замере плотности электролита, на них кладут перфорированный, т.е. имеющий множество отверстий, щиток из кислотостойкого материала. Собранный блок опускают в сосуд и устанавливают на ребра сосуда. При работе аккумулятора осыпающаяся активная масса осаждается между ребрами.

Благодаря этому удается предупредить замыкание разноименных пластин осадками, скапливающимися на дне сосуда. Сверху аккумулятор закрывается крышкой, изготовленной из эбонита или асфальтопековой пластмассы. Чтобы электролит не вытекал, щель между баком и крышкой заливают кислотостойкой мастикой. Через крайние отверстия крышки пропускают выводные штыри, приваренные к бареткам. Аккумуляторы заполняют электролитом через наливные отверстия, закрываемые резьбовыми пробками с прокладками. Отверстие в пробке сосуда служит для вентиляции.

В качестве электролита в батарее используется водный раствор дистиллированной воды и серной кислоты. Для обеспечения работоспособности аккумуляторных батарей в различных температурных условиях и увеличения срока их службы плотность электролита должна иметь строго определенную величину.

У заряженной свинцовой аккумуляторной батареи плотность электролита при температуре 15 градусов должна составлять:

- в районах с резко континентальным климатом, где температура зимой бывает ниже -40 градусов С: зимой – 1,31 г/см кубический, летом – 1,27 г/см кубический;

- в северных районах с температурой зимой до – 40 градусов С 1,29 г/см кубический в течение всего года;

- в центральных районах с температурой зимой до – 30 градусов С 1,27 г/см кубический;

- в южных районах 1,25 г/см кубический в течение всего года.

-58-

-59-

Разряд и заряд

Разрядом называется процесс превращения химической энергии в электрическую энергию. При этом аккумуляторная батарея соединяется с потребителем.

При разряде аккумулятора положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка, на которые распадаются молекулы серной кислоты, направляются соответственно к положительным и отрицательным пластинам и вступают в электрохимические реакции с их активными массами.

При этом запасенная в аккумуляторе химическая энергия переходит в электрическую и между его пластинами возникает разность потенциалов около 2В, обеспечивающая прохождение электрического тока при замыкании внешней цепи. В результате электрохимических реакций, возникающих при взаимодействии, ионов водорода с перекисью свинца положительных пластин и ионов сернокислого остатка со свинцом отрицательных пластин, образуется сернокислый свинец (сульфат свинца), который осаждается на поверхности пластин. Одновременно при этих реакциях образуется некоторое количество воды, поэтому концентрация серной кислоты понижается, т.е. удельный вес электролита уменьшается.

Аккумулятор может разряжаться теоретически до полного превращения активных масс пластин в сернокислый свинец и истощения электролита. Однако практически разряд прекращают гораздо раньше.

-60-

Образующийся при разряде сернокислый свинец представляет собой соль белого цвета, плохо растворяющуюся в электролите и обладающую низкой электропроводностью. Поэтому разряд ведут не до конца, а только до того момента, когда в сернокислый свинец перейдет около 35% активной массы. В этом случае образовавшийся сернокислый свинец равномерно распределяется в виде мельчайших кристалликов в оставшейся активной массе, которая сохраняет еще достаточную электропроводность, чтобы обеспечить определенное напряжение между пластинами, равное 1,7 – 1,8В.

Следовательно, можно сделать вывод, что при разряде происходит образование нового вещества сернокислого свинца, плотность электролита уменьшается, а значит, уменьшается емкость аккумулятора и его напряжение.

Зарядом называется процесс превращения электрической энергии в химическую энергию. При этом аккумулятор согласно полярности подключается к источнику постоянного напряжения. Величина зарядного тока устанавливается 8 – 10% от общей емкости батареи. Например, емкость 132 а час, то величина зарядного тока составит 13,2А. При заряде положительные ионы водорода перемещаются к отрицательным пластинам, а отрицательные ионы сернокислого остатка – к положительным пластинам и вступают в химическое взаимодействие с сульфатом свинца, покрывающем пластины.

В процессе возникающих электрохимических реакций сульфат свинца растворяется, и на пластинах образуются активные массы: перекись свинца на положительных пластинах и губчатый свинец на отрицательных пластинах. Концентрация серной кислоты при этом возрастает, т.е удельный вес электролита увеличивается.

При заряде напряжение аккумулятора быстро поднимается до 2,2 В на элемент, а затем медленно повышается до 2,3В и наконец, снова довольно быстро возрастает до 2,6 – 2,7 В. При 2,4 В начинается выделение пузырьков газа, образующихся в результате разложения воды на водород и кислород. При 2,5 В все пластины выделяют сильную струю газа, а при 2,6 – 2,7 В аккумуляторный элемент начинает как бы «кипеть». Это кипение служит признаком окончания заряда.

-61-

При отключении аккумулятора от зарядного источника тока напряжение его быстро снижается до 2,2В на элемент. В эксплуатируемых и не работающих аккумуляторах происходит явление саморазряда, в результате которого они теряют свою емкость (примерно 1 – 2% в сутки). Для компенсации саморазряда неработающие аккумуляторные батареи необходимо периодически подзаряжать. Следовательно, можно сделать вывод, что при заряде растворяется сульфат свинца, плотность электролита возрастает, а так же увеличивается емкость и напряжение батареи.