Устройство аккумулятора и принцип его действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автомобильная аккумуляторная батарея предназначена для электроснабжения стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания и других потребителей электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности.

Работая параллельно с генераторной установкой, батарея устраняет перегрузки генератора и возможные перенапряжения в системе электрооборудования в случае нарушения регулировки или при выходе из строя регулятора напряжения, сглаживает пульсации напряжения генератора, а также обеспечивает питание всех потребителей в случае отказа генератора и возможность дальнейшего движения автомобиля за счет резервной емкости.

Аккумуляторы являются разновидностью химических источников тока, в которых электрическая энергия превращается в химическую (заряд) и химическая - в электрическую (разряд).

Система электроснабжения -- электрогенератор, реле-регуляторы, аккумуляторная батарея.

Объект - автомобильная аккумуляторная батарея.

Предмет - система электроснабжения АКБ.

Цель - проанализировать систему электроснабжения АКБ.

Поставленные задачи:

- изучить устройство аккумулятора и принцип его действия;

- проанализировать систему электроснабжения;

- рассмотреть признаки и причины неисправности аккумуляторной батареи.

1. Устройство аккумулятора и принцип его действия

Аккумуляторы являются разновидностью химических источников тока, в которых электрическая энергия превращается в химическую (заряд) и химическая - в электрическую (разряд). Они состоят из двух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Накопление энергии в аккумуляторе происходит при протекании химической реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы. Напряжение аккумулятора - это разность потенциалов между полюсами аккумулятора при фиксированной нагрузке. Для получения достаточно больших значений напряжений или заряда отдельные аккумуляторы соединяются между собой последовательно или параллельно в батареи. [1, C. 117]

Аккумуляторная батарея на автомобиле служит для питания электрическим током стартера при запуске двигателя, а также для всех других приборов электрооборудования, когда генератор не работает или не может еще отдавать энергию в цепь.

Если мощность, потребляемая включенными потребителями, превышает мощность, развиваемую генератором, аккумуляторная батарея, разряжаясь, обеспечивает питание потребителей одновременно с работающим генератором. Автомобильные аккумуляторные батареи называются стартерными, так как их используют, прежде всего, для питания пускового электродвигателя - стартера.

Аккумуляторные батареи при малых габаритах, массе и стоимости должны обладать большой емкостью, малыми сопротивлением и саморазрядом, большими сроком службы и прочностью, быть надежными в эксплуатации. При пуске холодного двигателя стартером аккумуляторные батареи должны обеспечивать отдачу большой силы тока при малом падении напряжения. [1, C. 118]

С первой функцией - обеспечением запуска двигателя - мы сталкиваемся каждый день. Есть и вторая - реже применяемая, но от того не менее значимая - использование в качестве аварийного источника питания при выходе из строя генератора.

Все стартерные батареи, выпускаемые в настоящее время для автомобилей, являются свинцово-кислотными. В основу их работы заложен известный еще с 1858 г., и по сей день остающийся практически неизменным принцип двойной сульфатации. [4, C. 58]

Как наглядно видно из формулы, при разряде батареи (стрелка вправо) происходит взаимодействие активной массы положительных и отрицательных пластин с электролитом (серной кислотой), в результате чего образуется сульфат свинца, осаждающийся на поверхности отрицательно заряженной пластины и вода. В итоге плотность электролита падает. При зарядке батареи от внешнего источника происходят обратные электрохимические процессы (стрелка влево), что приводит к восстановлению на отрицательных электродах чистого свинца и на положительных - диоксида свинца. Одновременно с этим повышается плотность электролита. [4, C. 61]

Любая автомобильная батарея представляет собой корпус - контейнер, разделенный на шесть изолированных ячеек - банок (моноблоков) (рис.1). [1, C. 122]

Каждая банка является законченным источником питания напряжением порядка 2.1В. В банке находится набор положительных и отрицательных пластин, отделенных друг от друга сепараторами. Две разнозаряженные пластины уже сами по себе являются источником постоянного напряжения, параллельное же их соединение увеличивает ток. Последовательное соединение шести банок и дает батарею с напряжением порядка 12.6-12.8В. Любая из пластин, как положительная, так и отрицательная, есть ни что иное, как свинцовая решетка, заполненная активной массой. Активная масса имеет пористую структуру с тем, чтобы электролит заходил в как можно более глубокие слои и охватывал больший ее объем. Роль активной массы в отрицательных пластинах выполняет свинец, в положительных - диоксид свинца. [1, C. 123]

Выводы большинства отечественных и импортных аккумуляторных батарей имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение надежного контакта с клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации и имеют стандартные размеры. Причем положительный вывод батареи по диаметру больше отрицательного, что исключает возможность нарушения полярности при установке батареи на автомобиль.

На верхней поверхности батареи расположены отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор батареи, закрываемые пробками. Пробки имеют вентиляционные отверстия для вывода газов, образующихся в процессе работы батареи. У новых незалитых батарей вентиляционные отверстия закрыты специальными герметизирующими приливами, которые при заливке в батарею электролита удаляются (срезаются). Электролит, заливаемый в аккумуляторную батарею, представляет собой раствор химически чистой аккумуляторной кислоты с дистиллированной водой. Для предотвращения замерзания электролита при эксплуатации аккумуляторной батареи в зимних условиях плотность регламентируется в зависимости от климатических условий эксплуатации.

Для увеличения срока службы аккумулятора решетки положительных пластин, прочность которых в результате окисления при заряде уменьшается, имеют большую толщину, чем отрицательные пластины.

Для уменьшения коробления крайней положительной пластины, ввиду значительного изменения объема ее активной массы при разряде аккумулятора, у большинства батарей положительных пластин в блоке устанавливают на одну меньше, чем отрицательных. Благодаря этому обе стороны подвергаются одинаковому изменению объема активной массы, и она меньше коробится.

Для увеличения емкости и уменьшения внутреннего сопротивления в каждом аккумуляторе устанавливают по несколько штук пластин. К мостикам с выводами приваривают ушки одноименных пластин. Полублоки отрицательных и положительных пластин собирают в блок, при этом соприкосновение разноименных пластин предотвращается сепараторами.

Минимальный срок службы аккумуляторной батареи с одинарными сепараторами из мипласта или мипора - не менее 18 месяцев при пробеге автомобиля не более 60 тыс. км; для батарей с двойными сепараторами - не менее 24 месяцев при пробеге автомобиля не более 75 тыс. км. [1, C. 126]

Аккумулятор обычно соседствует с двигателем. А как раз высокой температуры этот агрегат не переносит.

Простаивание автомобиля зимой в «пробках» - настоящая проблема для аккумулятора. Работающие одновременно вентилятор, фары, обогреватель заднего окна и стеклоочистители способны забрать больше тока, чем производит генератор. Исследователи подсчитали, что за 45 минут такой работы средний аккумулятор может истощиться настолько, что повторный запуск выключенного двигателя окажется уже невозможным. Для восстановления потребуется не меньше 30 минут нормальной езды, прежде чем можно будет снова остановиться. [4, C. 64]

Казалось бы, следует просто убрать аккумулятор подальше от двигателя, но это ведет к дополнительным расходам. Придется тянуть к стартеру более длинный провод, который будет «съедать» часть энергии, что потребует увеличить мощность аккумулятора. К тому же этот «ящик с кислотой» окажется тогда близко к пассажирскому отсеку, что небезопасно.

2. Система электроснабжения

Существующее на борту автомобиля уже много десятков лет электрооборудование первого поколения теперь называют классическим. В его состав входят следующие функциональные системы:

Система электроснабжения -- электрогенератор, реле-регуляторы, аккумуляторная батарея.

Система пуска двигателя внутреннего сгорания -- стартер, стартерные цепи, аккумуляторная батарея.

Система электроискрового зажигания -- катушка зажигания, прерыватель-распределитель, свечи зажигания с высоковольтными проводами (на автомобилях с дизельным ДВС отсутствует или заменена системой калильного зажигания).

Система освещения и сигнализации -- фары, наружные фонари габаритных огней и световой сигнализации, звуковой сигнал, внутреннее освещение, устройства специальной сигнализации.

Система контрольно-измерительных приборов, дополнительного и вспомогательного электрооборудования -- щиток приборов, водительский пульт управления, электрические провода, предохранительные и релейные моноблоки, коммутационные устройства, а также электроприводные устройства, например стеклоочистители и электровентиляторы. [2, C. 93]

Перечисленные системы являются неотъемлемой составной частью автомобильной бортовой автоматики и всегда будут присутствовать в ее составе.

За последние 40-50 лет составные компоненты классических систем автомобильного электрооборудования претерпели значительные усовершенствования, но состав самих систем остался прежним.

В систему электроснабжения современного автомобиля входят: необслуживаемая или монолитная кислотная аккумуляторная батарея (АКБ) и генератор (ГТ) трехфазного переменного тока с мощным полупроводниковым выпрямителем (ВП) и электронным регулятором (Р) напряжения, которые вмонтированы в конструкцию генератора. АКБ подключена встречно-параллельно и непосредственно к выходным клеммам генератора. Эта система обеспечивает электроэнергией все бортовые электропотребители. Применение новых типов аккумуляторных батарей и генератора переменного тока вместо генератора постоянного тока с многоламельным коллекторно-щеточным механизмом, применявшимся ранее совместно с вибрационными реле-регуляторами, позволило значительно повысить качество напряжения и надежность системы бортового электроснабжения. Ее габаритно-весовые параметры также улучшились. [2, C. 95]

Следует заметить, что повышение мощности, качества электричества и надежности системы электроснабжения не самоцель, а насущная необходимость современного автомобилестроения. Теперь на борту автомобиля устанавливаются до 120 потребителей электроэнергии, значительная часть из которых полупроводниковые и интегральные схемы.

Качество напряжения (иногда говорят качество электричества) -- технический термин, обозначающий высокую степень стабильности параметров напряжения на выходе блока (или системы) электроснабжения, а также отсутствие в выходном напряжении высокочастотных гармоник и случайных всплесков.

Ограничивать ток заряда АКБ в современных системах электроснабжения не требуется, так как регулятор Р напряжения на средних и умеренно повышенных оборотах ДВС, а самоограничение тока генератора на высоких оборотах ДВС не допускают перезаряда автомобильной аккумуляторной батареи. Однако следует заметить, что заряд аккумуляторной батареи на борту автомобиля осуществляется при постоянном напряжении. И когда АКБ сильно разряжена, ток 13 заряда может быть значительным. Если номинальная емкость Сн установленной на автомобиле АКБ не согласована с максимальным током автомобильного генератора, возможен или перегрев сильно разряженной АКБ в начале ее заряда, или постоянный недозаряд батареи, что в обоих случаях снижает срок ее службы. Поэтому на автомобилях с генераторами большой мощности не рекомендуется устанавливать АКБ малой емкости. И наоборот, АКБ большей емкости не следует устанавливать на автомобилях с генератором малой мощности. Другими словами, автомобильный генератор и аккумуляторная батарея, работающие на борту автомобиля как единая автономная система электроснабжения, должны подбираться по токовым параметрам. [2, C. 97]

3. Признаки и причины неисправности аккумуляторной батареи

аккумуляторный стартер двигатель электроискровой

Производственные дефекты

Разрушение электрода от короткого замыкания в результате повреждения сепаратора при сборке.

Низкие сепараторы-конверты, приводящие к короткому замыканию.

Не полностью формированная активная масса электрода.

Электрод без осыпавшейся активной массы [3, C. 145]

Если гарантийный срок не истек и есть подозрение, что неисправность батареи появилась по вине производителя, необходимо обратиться в специализированную мастерскую. При этом надо иметь кассовый или товарный чек, а также гарантийный талон с датой продажи и наименованием организации-продавца. К тому же обязательно, чтобы в нем были указаны характеристики батареи на момент продажи -- плотность электролита, напряжение на выводах без нагрузки и т. д. Это поможет проведению экспертизы. В мастерской должны установить причину неработоспособности АКБ или снижения ее характеристик. Результаты исследования батареи заносят в гарантийный талон, и если дефект производственный -- АКБ подлежит замене на новую. [3, C. 148]

Заключение

Батарея на автомобиле входит в состав не только системы электростартерного пуска, но и других систем электрического и электронного оборудования. После разряда на пуск двигателя, и питание других потребителей батарея подзаряжается от генераторной установки. При большом разнообразии выпускаемых моделей автомобилей и климатических условий их эксплуатации, в массовом производстве батарей наряду с определением оптимальных экономических параметров должное внимание уделяется их унификации, повышению надежности и сроков службы.

Надежность и срок службы аккумуляторных батарей находятся в прямой зависимости от технического уровня их конструкций и условий работы на автомобиле.

Условия, в которых работает аккумуляторная батарея, зависят от типа, назначения, климатической зоны эксплуатации автомобиля, а также от места установки ее на автомобиле. Режимы работы аккумуляторной батареи на автомобиле определяются температурой электролита, уровнем вибрации и тряски, периодичностью, объемом и качеством технического обслуживания, параметрами стартерного разряда, силой токов и продолжительностью разряда и заряда при циклировании, уровнем надежности и исправности электрооборудования, продолжительностью работы и перерывов в эксплуатации.

Наибольшее влияние на работу аккумуляторных батарей оказывают место размещения и способ крепления батарей на автомобиле, интенсивность и регулярность эксплуатации автомобиля (среднесуточный пробег), температурные условия эксплуатации (климатический район, время года и суток), назначение автомобиля, соответствие характеристик генераторной установки, аккумуляторной батареи и потребителей электроэнергии.

Список литературы

1. Вишневедский Ю.Г. Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт автомобилей. М.: Дашков и Ко, 2003. 336 с.

2. Деордиев С.С. Аккумуляторы и уход за ними. Киев: Техника, 2005. 172 с.

3. Румянцев С.И., Синельников А.Ф., Штоль Ю.Л. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей. М.: Машиностроение, 2009. 284 с.

4. Тур Е.Я., Серебряков К.Б., Жолобов Л.А. Устройство автомобиля. М.: Машиностроение, 2000. 194 с.

Размещено на Allbest.ru