Устройство свинцово-кислотной АКБ. Принцип действия свинцового аккумулятора.Устройство необслуживаемой АКБ.

В случае же работы со стартерными аккумуляторами необходимо учесть, что само их использование подразумевает постоянный длительный подзаряд после кратковременного периода использования.
Выделение водорода и кислорода происходит не только при зарядке, но и при хранении аккумулятора – в результате так называемого саморазряда. В данном случае мы не будем рассматривать причины саморазряда, важнее то, что он приводит к разложению одного из компонентов раствора кислоты – воды – и дальнейшему уносу раствора.
Также вода уносится из раствора испарением при повышении температуры, связанном как с внешними условиями, так и с разогревом аккумулятора при работе.
Все эти факторы приводят к тому, что в аккумулятор с жидким электролитом необходимо периодически доливать дистиллированную воду для восполнения ее потерь. Несоблюдение правил ухода за таким аккумулятором приводит к его необратимому выходу из строя, поэтому аккумуляторы с жидким электролитом требуют регулярной проверки плотности раствора кислоты и уровня раствора, доливания дистиллированной воды или раствора электролита при проливании и носят название обслуживаемых.
Снизить затраты на обслуживание аккумулятора возможно, если на конструктивном уровне решить вопросы уноса воды из раствора и зафиксировать сам раствор таким образом, чтобы предотвратить изменение активной поверхности электродов.
Уменьшить унос воды из аккумулятора можно несколькими способами, основными из которых являются применение предохранительных клапанов и использование каталитических пробок.
Предохранительные клапаны изготавливают из кислотостойкого неопренового каучука. Когда в результате нарушения процесса заряда давление газов достигает некоторой критической величины, клапан открывается и предотвращает разрушение корпуса аккумулятора. Кроме этого, клапан предотвращает попадание атмосферного воздуха внутрь корпуса, где он может вступить в реакцию с губчатым свинцом отрицательного электрода, что уменьшит его емкость. Аккумуляторы с предохранительным клапаном выполняют в виде корпуса с общей крышкой и одним заливочным отверстием
Каталитическая пробка (или пробка рекомбинации) представляет собой цилиндрическую емкость с резьбовым переходником, которая устанавливается вместо штатной вентиляционно-заливочной пробки. Внутри емкость содержит гидрофобный наполнитель, на поверхность которого нанесен металлический катализатор. Выделяющиеся при зарядке аккумулятора водород и кислород при попадании на поверхность катализатора взаимодействую между собой с образованием воды, которая стекает назад в аккумулятор, что не только снижает потери воды, но и позволяет снизить требования к вентиляции.
Кроме чисто конструктивных усовершенствований, снизить потери воды на разложение при использовании и заряде возможно применяя для изготовления токонесущих частей электродов специальные сплавы. Вначале токонесущий каркас электродов, в который запрессовывались активные массы, изготавливали из чистого свинца. Добавка сурьмы обеспечивала большую простоту литья свинца и сцепление с активными массами. Однако избыток сурьмы приводит к постепенному «отравлению» отрицательных пластин – из-за электрического переноса сурьмы и накопления ее на отрицательном электроде у губчатого свинца увеличивается склонность к дендритообразованию и осыпанию с электрода, поэтому среди производителей наметилась тенденция к применению малосурьмянистых свинцовых сплавов. Применение кальциево-свинцовых сплавов позволяет повысить прочность свинцовых решеток при некотором уменьшении их массы, к тому же значительно повышает напряжение, при котором начинается интенсивное газовыделение, в результате чего значительно уменьшается унос воды.
Аккумуляторы, в которых применяются электродные решетки из свинцово-кальциевых сплавов и выполненные в корпусах с общей крышкой, снабженной предохранительными или каталитическими пробками, получили название малообслуживаемых.
Для создания необслуживаемого аккумулятора необходимо максимально сократить выделение газообразных продуктов, что возможно, если образующийся на положительном электроде кислород направлять на отрицательный электрод, где он будет связываться с водородом с образованием воды. Для ускорения этого процесса необходимо ограничить объем свободного пространства в аккумуляторе и создать условия, неблагоприятные для выделения кислорода в газовую фазу.
Если в раствор электролита ввести загуститель, то это повысит вязкость раствора и будет способствовать удержанию пузырьков газа между электродами, повышая вероятность их попадания на противоэлектрод и последующей рекомбинации. Использование в качестве загустителя соединений кремния придает раствору гелеобразную структуру, что способствует более полному контакту раствора с поверхностью электродов, предотвращая их осыпание при многократных циклических нагрузках. Аккумуляторы с раствором такого типа получили название гелевые (Gel), или технологии dryfit.
Более простым способом фиксации раствора является применение сепараторов из тонкого стекловолокна, которое пропитывают раствором электролита. При плотном контакте электродных пластин и сепаратора обеспечивается надежное удержание раствора внутри сепаратора капиллярными силами, при этом более мелкие поры полностью заполнены раствором, а более крупные служат транспортными каналами для перемещения кислорода от поверхности положительного электрода к отрицательному. Это позволяет достичь более полной рекомбинации газов – до 99 % (в гелевых электролитах – на уровне 97 %), хотя и не обеспечивает такого плотного контакта раствора с поверхностью электродов, что выражается в меньшем количестве рабочих циклов заряд-разряд. Аккумуляторы такого типа называют AGM – Absobent Glass Mat.
В некоторых типах аккумуляторов продолжают применять жидкий электролит, однако для обеспечения постоянной смоченности электродов на них одевают конверты из микропористого стекловолокна. Это способствует повышению стабильности при циклировании аккумулятора и приближает по конструктиву к AGM аккумуляторам, но не позволяет достичь такой высокой рекомбинации выделяющихся газов. Данный тип технологии изготовления аккумуляторов получил название EFB (Enhanced Flooded Battery), и может считаться переходным этапом между малообслуживаемыми аккумуляторами и AGM.
Гелевые и AGM аккумуляторы при работе характеризуются низким расходом воды и незначительным газовыделением, поэтому выполняются в герметизированном корпусе с предохранительными клапанами. Корректировка уровня раствора в таких аккумуляторах исключена, поэтому они получили название необслуживаемых.
Естественно, термин «необслуживаемый» не снижает все остальные требования к контролю за электрическими характеристиками аккумулятора, однако позволяет значительно сократить затраты на обслуживание аккумуляторных батарей и повысить уровень безопасности при эксплуатации.
Существует два вида стартерных аккумуляторных батареи, которые принято называть обслуживаемые и необслуживаемые. Вообще, как правило, обслуживаемые аккумуляторные батареи являются малообслуживаемые. Это означает то, что внутри аккумулятора находится кислота и обычному автолюбителю не рекомендуется заглядывать внутрь аккумулятора и связываться с химически активной жидкостью.
Обслуживаемые имеют доступ к каждой секции (банке). То есть на верхней крышке корпуса есть 6 пробок. Выкрутив каждую пробку, мы имеем доступ в каждую секцию АКБ. Это позволяет контролировать уровень электролита, контролировать цвет электролита и следить за плотностью электролита.
На корпусе необслуживаемого АКБ верхняя крышка очень плотно запаяна, заклеена и не имеет никаких отверстий, которые позволили бы попасть внутрь аккумуляторной батареи. То есть, эти аккумуляторы полностью герметичны и попасть внутрь возможно только если просверлить отверстие.
Необслуживаемые так и называются потому, что произвести какие либо действия мы не можем, кроме как поставить на зарядку. Но, если вдруг, при неисправной работе электрооборудования автомобиля, в частности генератора, происходит сбой и перезаряд аккумулятора, то вода испаряется при кипении. Соответственно долить воду в аккумулятор нельзя. Необслуживаемая АКБ может потерять свои свойства и прийти в негодность, хотя производители необслуживаемых батарей утверждают, что система клапанов, которая пришла на замену пробок, позволяет возвращать испарившуюся жидкость обратно в секции аккумулятора, без доливки воды вручную.
Принципы зарядки для необслуживаемых аккумуляторов и обслуживаемых отличаются. При зарядке обслуживаемой АКБ, подключают зарядное устройство к клеммам батареи. Только после этого включают зарядное устройство в розетку, чтобы не было искры. Регулятором тока выставляют ток, который необходим для зарядки аккумуляторной батареи.
Значит, оптимальный режим заряда – это ток 1/10 от емкости аккумуляторной батареи. Если аккумулятор имеет 60 ампер/часов, то ток зарядки должен быть порядка 6 А. Если это 100 А/ч, ток зарядки 10 А. Такие токи являются оптимальными для зарядки АКБ.
При зарядке обслуживаемой батареи обязательно должны быть выкручены пробки, так как если аккумулятор начинает заряжаться, напряжение растет, происходит химическая реакция и начинается «кипение». В результате «кипения» скапливаются газы, и пары, выходя наружу, могут привести при искрообразовании к взрыву. Поэтому производить зарядку аккумулятора нужно только в проветриваемом помещении, где есть циркуляция воздуха. Если пробки будут закручены, при возрастании напряжения и обильном скоплении газов, если перепускные клапана в пробках не будут срабатывать, то может произойти взрыв аккумулятора.
Плюсы обслуживаемой АКБ:
упомянутая выше возможность визуального осмотра пластин, проверки цвета, уровня и плотности электролита и их корректировки;
свобода действий – те, кто не доверяет рекомендациям производителя, с таким аккумулятором может почувствовать себя великим экспериментатором – изменять плотность и уровень электролита, заряжать устройство в буквальном смысле, пока оно не закипит, и т.д.
Минусы аккумулятора с пробками:
из-за негерметичности батареи электролит в банках постоянно частично выкипает и испаряется, особенно летом, при недостаточном уходе это провоцирует падение емкости АКБ (а значит, и невозможность запуска двигателя), повышение кислотности электрохимической жидкости и, в конечном счете, разрушение пластин, то есть «смерть» аккумулятора;
одновременно с предыдущим фактом испаряющаяся кислота может оседать на автомобильном аккумуляторе белым налетом, из-за него растет риск замыкания клемм и беспричинной разрядки аккумуляторной батареи;
итог – необходимость регулярных осмотров – не реже 1 раза в 2 недели;
обслуживаемая АКБ очень боится глубокого разряда – несколько таких разрядов подряд и аккумулятор можно выбрасывать.
Плюсы необслуживаемого аккумулятора:
его не нужно обслуживать – один раз поставил и забыл;
запас электролита в нем больше, а темпы выкипания меньше, нежели в обслуживаемом варианте.
Минусы:
отсутствие возможности контроля цвета (если нет «зеленого глазка»), плотности и уровня электролита;
невозможность вернуть былую мощность в случае аварийного сброса давления (его осуществляет специальный клапан в экстренных ситуациях перезаряда, дабы не допустить разрыва АКБ);
повышенные требования к «качеству» электрики авто;
необходимость зарядки специальным устройством с фиксированным выходным напряжением, так как данный вид аккумуляторов очень боится перезаряда;
высокая, в сравнении с обслуживаемыми «собратьями», цена;
не переносимость глубокого разряда, он провоцирует в необслуживаемых аккумуляторных батареях сульфатацию.
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать однозначный вывод, что каждый из представленных видов имеет право на существование, однако устанавливать в современный автомобиль лучше все же необслуживаемые АКБ. Во-первых, потому что их усовершенствование строение и не требует как такового обслуживания (за исключением стандартных процедур), а во-вторых, потому что срок их службы, даже гарантированный производителем, практически всегда превышает ресурс работы негерметичных вариантов в разы.

Список использованных источников

Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов. – М.: ЗАО КЖИ «За рулем», 2001. – 384 с.
Данов, Б.А. Электрооборудование автомобилей Урал и КамАЗ + (вкладка 2 листа) / Б.А. Данов. - М.: ГЛТ, 2005. - 206 c.
Карунин, А.Л. Конструкция автомобиля. Т.4. Электрооборудование. Системы диагностики / А.Л. Карунин. - М.: ГЛТ, 2005. - 480 c.
Киреева, Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий: Учебное пособие / Э.А. Киреева. - М.: КноРус, 2013. - 368 c.
Коломиец, А.П. Электропривод и электрооборудование: учебник для ВУЗов / А.П. Коломиец, Н.П. Кондратьева и др.. - М.: КолосС, 2007. - 328 c.
Набоких, В.А. Электрооборудование автомобилей и тракторов: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / В.А. Набоких. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 400 c.
Приходько, В.М. Электрооборудование и автоматизация судов технического флота: Учебное пособие / В.М. Приходько. - СПб.: СПГУВК, 2009. - 77 c.
Рожкова, Л.Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / Л.Д. Рожкова, Л.К. Карнеева, Т.В. Чиркова . - М.: ИЦ Академия, 2012. - 448 c.
Соснин Д.А. Автотроника. Электрооборудование и системы бортовой автоматики современных легковых автомобилей. Учебное пособие. – М.: Солон-пресс, 2001. – 272 с.
Церна, И.А. Электрооборудование машин кузнечно-прессового производства / И.А. Церна. - Рн/Д: Мини Тайп, 2008. - 128 c.
Чеботаев, Н.И. Электрооборудование и электроснабжение открытых горных работ / Н.И. Чеботаев. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2009. - 474 c.
Чижков, Ю.П. Электрооборудование автомобилей и тракторов / Ю.П. Чижков. - М.: Машиностроение, 2007. - 656 c.
Ютт, В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учебник. 5-е изд., стер / В.Е. Ютт. - М.: ГЛТ, 2016. - 440 c.












2



5