Общие сведения
|
Скачать 438.26 Kb.
|
2.4 АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Аккумуляторные батареи, применяемые в системе электрооборудования, являются источниками электрической энергии, обеспечивающими питание потребителей при неработающем ДВС или при недостаточной мощности, развиваемой генератором. Тип и конструкция аккумуляторной батареи определяются условиями ее разряда в стартерном режиме при пуске двигателя. Поскольку эти режимы наиболее тяжелые (максимальный ток и мощность), автомобильные аккумуляторные батареи называются стартерными. Стартерный аккумулятор представляет собой химический источник тока, т. е. устройство, в котором происходит непосредственное преобразование энергии химической реакции двух реагентов (окислителя и восстановителя) в электрическую энергию. Причем он является так называемым вторичным химическим источником тока, допускающим многоразовое использование. После разряда производится его повторный заряд путем пропускания тока от внешней зарядной цепи в обратном направлении. При этом из продуктов реакции разряженного аккумулятора регенерируются исходные активные материалы. Таким образом, при заряде в аккумуляторе с некоторым КПД, зависящим от физико-химических процессов, аккумулируется энергия от внешнего источника. В отличие от аккумуляторов первичные химические источники тока (гальванические элементы) допускают лишь однократный разряд и в дальнейшем не восстанавливаются. К стартерным аккумуляторным батареям предъявляются следующие основные требования: максимальное рабочее напряжение, которое определяется ЭДС одного аккумулятора батареи и их количеством в последовательном соединении; минимальная общая масса; минимальное внутреннее сопротивление (особенно при пониженных температурах); малое изменение напряжения в процессе разряда; максимальное количество энергии, отдаваемой с единицы массы; быстрое восстановление емкости в процессе заряда; малые габаритные размеры и большая механическая прочность; надежность и простота обслуживания в эксплуатации; малая стоимость при массовом производстве. Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяют свинцово-кислотные аккумуляторы, получившие самое широкое распространение в качестве стартерных для автомобилей. Помимо них, в различных областях техники также применяются щелочные аккумуляторы: никель-кадмиевые, никель-железные, никель-цинковые, серебряно-цинковые и т. д. Щелочные аккумуляторы имеют на 20...25 % меньшую ЭДС по сравнению со свинцово-кислотными и немного меньший КПД. В качестве электролита в них используется 35 %-ный раствор едкого кали (КОН) в дистиллированной воде. По сравнению с электролитом свинцово-кислотных батарей (30 %-ный раствор кислоты ) при одинаковых температурах он имеет меньшую удельную проводимость, что приводит к более высокому внутреннему сопротивлению щелочного аккумулятора. В свинцово-кислотном аккумуляторе плотность электролита однозначно связана со степенью его заряженности при заданной температуре, что используется для контроля степени заряженности с помощью денсиметров. В щелочных аккумуляторах такой однозначной зависимости не существует, поэтому определение степени его заряженности затруднено. Кроме того, они более сложны в эксплуатации, так как требуют большего объема технического обслуживания и разнообразных контрольных операций, связанных с частой заменой электролита (никель-железные батареи), периодическим уравнительным доразрядом (никель-цинковые), добавкой в электролит специальных присадок при смене времен года, а также более точным контролем процесса заряда (особенно момента его окончания). Некоторые щелочные аккумуляторы (серебряно-цинковые, никель-кадмиевые и др.) имеют большую стоимость или используют дефицитные реагенты, что не позволяет организовать их массовое производство. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВИНЦОВО-КИСЛОТНОМ АККУМУЛЯТОРЕ Химический источник тока создается на основе определенной электрохимической системы, которой называется совокупность реагентов (окислителя и восстановителя) и электролита. Восстановитель электрохимической системы в процессе рабочей реакции (называемой также токообразующей) отдает электроны и окисляется (отрицательный электрод), а окислитель восстанавливается (положительный электрод). Электролитом служит, как правило, жидкостное химическое соединение, обладающее хорошей ионной проводимостью и крайне малой электронной. Условная запись электрохимической системы: (—) Восстановитель | Электролит | Окислитель (+). В свинцово-кислотных аккумуляторах восстановителем служит губчатый свинец РЬ, а окислителем — двуокись свинца РЬО2. Электролит — водный раствор серной кислоты H 2 S0 4 с массовой концентрацией 28...40 %. Таким образом, условная запись рассматриваемой электрохимической системы Физические процессы, происходящие в аккумуляторе, связаны со свойством электролитического растворения металлов, которое заключается в переходе положительно заряженных ионов металла в раствор. Причем легкоокисляющиеся металлы (свинец) обладают этим свойством в большей степени, чем трудноокисляющиеся. При погружении электрода, на котором образовался свинец, в раствор электролита от свинца начнут отщепляться положительно заряженные ионы свинца и переходить в раствор, при этом электрод будет заряжаться отрицательно. По мере протекания процесса возрастает разность потенциалов раствора и электрода, следовательно, возрастает и осмотическое давление положительных ионов раствора. Вследствие этого переход ионов свинца в раствор не может продолжаться долго и при какой-то определенной разности потенциалов электрода и раствора наступит равновесие между силой электролитической упругости растворения свинца, с одной стороны, и силами электростатического поля и осмотического давления — с другой. В результате растворение свинца прекратится. При погружении положительного электрода в раствор серной кислоты происходит то же явление, но результат получается иной. Двуокись свинца положительного электрода в ограниченном количестве переходит в раствор, где при соединении с водой ионизируется на четырехвалентные ионы свинца РЬ и одновалентные ионы гидроокисла ОН . Четырехвалентные ионы свинца, осаждаясь на электроде, создают положительный потенциал относительно раствора. Химические процессы в свинцово-кислотном аккумуляторе описываются теорией "двойной сульфатации", разработанной еще в 1883 г. Дж. Гладстоном и А. Трайбом. При указанных концентрациях серная кислота диссонирует в воде практически только на ионы H+ и HSO 4-. Поэтому реакции на электродах описываются следующими уравнениями: Общая токообразующая реакция в аккумуляторе: Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная кислота, образуется вода, а на обоих электродах — сульфат свинца. При заряде процессы протекают в обратном направлении. Большое значение для работы электродов имеет их пористая структура, обеспечивающая доступ электролита в глубину электрода. Средний диаметр пор положительного электрода равен 1...2 мкм, отрицательного — 10 мкм. В ходе разряда пористость сильно уменьшается, так как удельный объем сульфата свинца больше удельных объемов свинца и двуокиси свинца. Для свинцово-кислотных аккумуляторов характерно сильное разбавление электролита во время разряда из-за потребления серной кислоты и образования воды. Поэтому измерение плотности или концентрации электролита служит удобным и точным средством определения степени заряженности аккумулятора. Помимо основных рабочих реакций, в аккумуляторах протекают также и побочные реакции, уменьшающие КПД рабочих процессов и, как правило, отрицательно сказывающиеся на работоспособности батареи. Одной из из основных побочных реакций является электролиз воды и связанное с ним газовыделение кислорода и водорода. Выделение газов на электродах происходит главным образом при заряде, а также в процессе разряда и хранения батареи; при этом выделение кислорода происходит на положительном электроде, а водорода — на отрицательном. Этот процесс определяется разностью между потенциалом электрода и напряжением начала выделения газа (так называемое "перенапряжение газа"). Чем больше "перенапряжение", тем больше интенсивность газовыделения, и наоборот. На напряжение начала газовыделения значительное влияние оказывают примеси, содержащиеся в активных материалах, а также в конструкционных материалах электродов. Примеси, понижающие напряжение начала газовыделения, увеличивают его интенсивность, что приводит к быстрому снижению уровня электролита в аккумуляторе из-за "выкипания" и требует частого его долива в процессе эксплуатации. УСТРОЙСТВО СТАРТЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Как у большинства аккумуляторных батарей других типов, устройство стартерных свинцово-кислотных батарей основано на последовательном соединении отдельных аккумуляторов. Используемые конструкционные материалы должны быть стойки к длительному воздействию серной кислоты. Одним из немногих стойких к такому воздействию металлов является свинец, поэтому все токоведущие детали изготавливаются из свинца или свинцовых сплавов. В стартерных батареях электроды с активными веществами конструктивно выполняются в виде электродов, состоящих из профилированных решеток, в которые вмазана паста, образующая при формировании пластины активную массу. Решетки отливают из свинцовых сплавов. Масса решетки составляет до 50 % массы пластины. Решетки положительных пластин, более подверженные коррозии, имеют более толстое сечение. Общая толщина пастированных электродов зависит от режимов работы и установленного срока службы аккумуляторной батареи и составляет 1,5...2 мм для аккумуляторных батарей, устанавливаемых на легковых автомобилях, и 2,4...2,6 мм для батарей, устанавливаемых на тракторах. Одинаковое количество активных материалов может быть заложено в малом числе электродов большей толщины или в большем числе электродов малой толщины. Во втором случае увеличиваются суммарная площадь поверхности активной массы и максимально допустимая сила тока разряда, но снижается механическая прочность электродов. Стартерные характеристики батарей лучше при малой толщине электродов. Решетка должна обеспечивать равномерное распределение тока по всей массе активных материалов, поэтому электрод имеет форму, близкую к квадратной. В стартерных аккумуляторах применяют электроды шириной 143 мм и высотой 119 и 133,5 мм. С помощью бареток 5 (рис. 1.28) собираются полублоки положительных 4 и отрицательных 7 электродов. Баретка имеет борн и мостик 8. К мостику припаиваются ушки электродов, и он определяет расстояние между ними. Борн является токоотводом полублока электродов. Электроды в полублоке соединены параллельно. Число электродов зависит от требуемой емкости аккумуляторной батареи. Полублоки объединяются в блок электродов 9. Число отрицательных электродов в блоках обычно на один больше, чем положительных, и они являются в блоках крайними. Это связано с тем, что активное вещество положительных электродов относительно в большей степени участвует в химических превращениях. Поэтому при симметричном двустороннем изменении активной массы в процессе заряда и разряда они меньше деформируются. Между электродами в блоках устанавливаются сепараторы 2 — разделители из кислотостойкого пористого материала. Они предназначены для предотвращения соприкосновения разноименных электродов и короткого замыкания между ними. Благодаря высокой пористости и хорошей смачиваемости сепараторы не препятствуют свободному доступу электролита к активной поверхности электродов. От качества сепараторов в значительной степени зависят эксплуатационные характеристики батареи. Сепараторы должны обладать механической прочностью, эластичностью, сохранять свои свойства в широком диапазоне температур в течение всего срока службы батареи. В качестве материалов сепараторов в современных конструкциях стар-терных батарей используются мипор, мипласт и поровинил. Мипор, или микропористый эбонит, получают в результате сложного технологического процесса вулканизации смеси натурального каучука с различными добавками. Промышленность выпускает сепараторы из мипора толщиной 1,1; 1,5 и 1,9 мм. Мипласт, или микропористый полихлорвинил, получают из полихлорвиниловой смолы методом спекания. Выпускаемые промышленностью сепараторы из мипласта имеют толщину 1,1; 1,3; 1,5; 1,7 и 1,9 мм. Высокими эксплуатационными свойствами обладают сепараторы из поровинила, которые изготавливают из полихлорвиниловой смолы с использованием циклогексана и крахмала. Применение поровинила позволяет на 10...15 % повысить мощность батарей при низких температурах. Блоки электродов в сборе с сепараторами устанавливаются в ячейках моноблока 15 (см. рис. 1.28). Моноблок — это единый корпус батареи, разделенный герметичными изоляционными перегородками на 3 или 6 ячеек (по числу аккумуляторов, соответственно для батарей на 6 и 12В). Моноблоки стартерных батарей изготавливаются из эбонита, термопласта (наполненного полиэтилена), полипропилена и полистирола. Эти материалы обеспечивают тепло- и морозоустойчивость, кислотостойкость и механическую прочность, особенно в условиях вибрации. Электроды блока имеют в нижней части "ножки", которые после сборки опираются на специальные выступы на дне моноблока — донные призмы 16. В результате в нижней части батареи образуется так называемое шламовое пространство, в котором накапливается постепенно осыпающаяся с электродов активная масса. Это предотвращает преждевременный выход из строя аккумулятора из-за короткого замыкания этими частицами разноименных электродов. Крышки 10 из эбонита или пластмассы могут закрывать отдельные аккумуляторные отсеки. На современных батареях применяют единые крышки, привариваемые или приклеиваемые к моноблоку. Крышки имеют отверстия 11 для вывода борнов и заливки электролита. Заливные горловины закрываются пробками с вентиляционными отверстиями. Специальные отражатели в пробках препятствуют выплескиванию электролита через вентиляционные отверстия. Электролит не должен выплескиваться при наклоне батарей от нормального рабочего положения на угол 45°. Герметизация индивидуальных крышек производится заливкой специальной битумной мастикой. При применении пластмассовых моноблоков на 20...25 % повышается удельная энергия аккумуляторной батареи. Моноблоки из полипропилена и полиэтилена в несколько раз прочнее эбонитовых моноблоков. Аккумуляторная батарея 6СТ-55П с прозрачным корпусом из полипропилена устанавливается на автомобилях ВАЗ (рис. 1.29). Отдельные аккумуляторы соединяются в батарею с помощью перемычек (рис. 1.30), которые могут иметь различную конструкцию. В батареях с индивидуальными крышками перемычки проходят сверху (рис. 1.30, а). В случае применения общей крышки (монокрышки) перемычки располагаются над перегородками моноблока (рис. 1.30, б). При изготовлении новых конструкций моноблоков из пластмасс (полиэтилен, полипропилен) межэлементные соединения пропускаются сквозь отверстия в перегородках (рис. 1.30, в). Укороченные межэлементные соединения, кроме уменьшения омического сопротивления, позволяют сократить расход свинца при изготовлении батареи, а следовательно, ее массу. Расстояние между верхними кромками электродов и крышкой составляет не менее 20 мм. Это расстояние необходимо для компенсации колебания уровня электролита и для отделения капель электролита при сильном газовыделении ("кипении") в конце заряда. Большая часть недостатков, присущих обычным аккумуляторным батареям (снижение уровня электролита, ускоренная коррозия решетки положительного электрода, саморазряд и некоторые другие), обусловлена наличием 4,5—6 % сурьмы в сплаве свинца, используемого для изготовления решеток электродов. Согласно требованиям по уходу за стартерными аккумуляторными батареями через каждые 2500 км пробега необходимо проверять уровень электролита и при его уменьшении доливать дистиллированную воду. Указанные недостатки привели к появлению так называемых необслуживаемых батарей. Основной задачей при разработке необслуживаемых батарей является ограничение электролиза воды в аккумуляторе и, как следствие, газовыделения. Наличие сурьмы в сплавах решеток приводит к значительному снижению перенапряжения, иначе говоря, к интенсивному газовыделению задолго до полного заряда батареи. Таким образом, для создания необслуживаемых батарей необходимо заменить материал, применяемый при изготовлении решеток. В настоящее время для изготовления решеток применяются следующие материалы: свинцово-кальциево-оловянистый сплав; модифицированный свинцово-сурьмянистый сплав с уменьшенным содержанием сурьмы; сплав с малым содержанием сурьмы и кадмия для положительных электродов и свинцово-кальциево-оловянистый сплав для отрицательных. Исследования батарей с решетками из свинцово-кальциево-оловяни-стых сплавов показали их высокую чувствительность к глубоким разрядам. По этой причине были разработаны батареи, в которых решетки положительных электродов изготавливаются из свинца, легированного сурьмой (1,25 %) и кадмием (1,5 %), а решетки отрицательных — из свинцово-каль-циево-оловянистого сплава. Применение свинцово-кальциевых сплавов приводит к необходимости изменения технологии производства, поэтому некоторые зарубежные фирмы разработали технологию изготовления решеток с уменьшенным содержанием сурьмы и легирующими добавками. Батареи, собранные на этих решетках, получили название малообслуживаемых — их срок службы соответствует сроку службы обычных, но они не чувствительны к глубоким разрядам, а газовыделение в несколько раз меньше. На рис. 1.31 представлена графическая иллюстрация скорости "выкипания" воды электролита в течение времени t функционирования на автомобилях батарей различных типов. По оси ординат отложен уровень электролита Н над верхними кромками пластин.  В необслуживаемые и малообслуживаемые батареи, помимо замены материала решеток, введены следующие конструктивные изменения: положительные электроды помещены в сепаратор — конверт; блок электродов помещен на дно моноблока, тем самым увеличено количество электролита при сохранении габаритов батареи; толщина электродов не превышает 1,9 мм, что позволяет увеличить их число, т. е. снизить удельные токи, не меняя габариты батареи; применены сепараторы с меньшим удельным сопротивлением и более тонкие; соединение аккумуляторов осуществлено через перегородки моноблока. Сопротивление батареи уменьшается за счет того, что удельное сопротивление решеток из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов, а также малосурьмянистых сплавов меньше, чем у решеток из обычного свинцово-сурьмянистого сплава. Необслуживаемые батареи имеют следующие достоинства: лучшие пусковые качества (более высокое напряжение при неизменном токе); увеличенный срок службы; улучшенные зарядные характеристики; меньший саморазряд; уменьшение коррозии положительных электродов; отсутствие необходимости доливки воды в процессе эксплуатации. Полностью необслуживаемые батареи выпускаются в герметичном ис- полнении. Они не имеют заливных горловин и оборудованы специальным индикатором заряженности. При достижении определенного минимального уровня заряженности меняется цвет индикатора. К борнам крайних блоков решеток аккумуляторов привариваются конусные полюсные выводы (см. поз. 14 на рис. 1.28 и поз. 3, 5 на рис. 1.29). На выводах или рядом с ними на крышке отмечена полярность. В эксплуатации необходимо полностью исключить возможность неправильного включения батареи в систему электрооборудования и, кроме того, обеспечить унификацию этого узла. Поэтому размеры положительного и отрицательного выводов стандартизированы и различны. Конструкция и параметры каждой стартерной батареи должны удовлетворять соответствующим государственным стандартам или техническим условиям, в соответствии с которыми производится маркировка батарей. Первая цифра маркировки (3 или 6) характеризует число последовательно соединенных аккумуляторов (блоков электродов) в батарее, определяющее ее номинальное напряжение (6 или 12 В). Буквы СТ означают, что батарея стартерная. Последующие цифры определяют номинальную емкость в 20-часовом режиме разряда, а буквы — материал моноблока (Э — эбонит, Т — термопласт, П — полиэтилен), материал сепараторов (М — мипласт, Р — ми-пор, П — пластипор, С —стекловолокно совместно с каким-либо из сепараторов) и исполнение (Н — несухозаряженная, А — с общей крышкой). Например, обозначение 6СТ-75ЭМ означает, что батарея стартерная с номинальным напряжением 12 В, емкостью в 20-часовом режиме заряда 75 А • ч, материал моноблока — эбонит, сепараторов — мипласт, исполнение — сухозаряженное. Для некоторых стартерных батарей специальных типов в маркировку вводятся дополнительные условные обозначения, указывающие, например, на применение специального наружного металлического каркаса (МК), определенного типа электродов и т. д. |
Похожие:
 |
Пояснительная записка Общие сведения об учреждении Деятельность мбдоу... Общие сведения об учреждении, контингент детей, воспитывающихся в доу. Комплектование групп, режим работы детского сада. Сведения... |
|
1. общие сведения об объекте общие сведения об организации, эксплуатирующей объект Иркутская область, Казачинско-Ленский район, поселок Магистральный, улица Российская, дом 4 |
 |
Техническое задание 35 основные сведения о закупке 36 общие сведения... Положением о закупках ООО «нутэп», утвержденным решением внеочередного общего собрания участников ООО «нутэп» 19. 12. 2016г |
|
1. 1 Общие сведения о состоянии и развитии Читинской гма в 2014 году,... Общие сведения о гбоу впо «читинская государственная медицинская академия» министерства здравоохранения российской федерации 4 |
|
1. 1 Общие сведения о состоянии и развитии Читинской гма, место и... Общие сведения о гбоу впо «читинская государственная медицинская академия» министерства здравоохранения российской федерации 6 |
|
Общие сведения раздел сведения о новизне Техническое сопровождение групп товаров, за исключением нестандартного оборудования |
|
1. Общие положения 1 Общие сведения о процедуре запроса предложений |
|
Пояснительная записка Основная образовательная программа муниципального... Общие сведения об учреждении, контингент детей, воспитывающихся в доу. Комплектование групп, режим работы детского сада. Сведения... |
|
Цели и задачи реализации Программы Характеристики: общие сведения об учреждении, контингент детей, воспитывающихся в мбдоу. Комплектование групп. Режим работы детского... |
|
Общие положения общие сведения об открытом запросе предложений в электронной форме Предмет договора: поставка материалов для реконструкции измерительных каналов подстанций |
|
1 общие сведения Мегаомметры соответствуют группе 3 по гост 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия»,... |
|
Инструкция для участников общие положения Общие сведения о Запросе... Оказание услуг по техническому сопровождению телекоммуникационного, серверного оборудования и пользователей компании |
|
1. Общие сведения Общие правила оказания первой помощи. Краткие анатомо-физиологические... Отниками (взаимопомощь) или самим пострадавшим (самопомощь). Одним из важнейших положений оказания первой помощи является ее срочность:... |
|
Инструкция для участников общие положения Общие сведения о Запросе... Оказание услуг по абонентскому обслуживанию программного продукта «1С. Предприятие 1 управление корпоративными финансами» |
|
1. общие положения общие сведения о процедуре закупки «запрос предложений», «процедура закупки»), предмет, которого установлен в Извещении и в пункте 7 раздела 4 настоящей Документации... |
|
1. Общие положения Общие сведения о запросе предложений Поставщиков) подавать заявки на право заключения Договора на выполнение работ по ремонту здания пиковой котельной (инв.№00401) Производства... |