Лабораторно-практичне заняття № 12

Тема: Розбирання, складання й перевірка стану акумуляторної батареї.

Мета заняття: Одержати практичні навички при розбиранні й складанні акумуляторної батареї; ознайомитися з будовою й роботою акумуляторної батареї.

Матеріальне забезпечення: Акумуляторна батарея без електроліту; акумуляторна батарея, яка була в роботі; схеми і плакати по будові акумулятора та акумуляторних батарей; необхідна література.

Обладнання та інструменти: електричний паяльник; електрична лампочка у патроні (переносна); керамічна або свинцева ванночка.

Порядок виконання роботи

Завдання 1. Вивчити теоретичну частину

Користуючись схемами, плакатами й літературою, ознайомтесь з будовою та схемою роботи акумуляторів.

Акумуляторна батарея служить для живлення електричним струмом стартера при запуску двигуна і всіх споживачів електричної енергії при непрацюючому двигуні, а також для живлення споживачів разом із генератором на малій частоті обертання колінчастого вала двигуна.

Акумуляторні батареї, які встановлюються на автомобілях та автобусах, називаються стартерними, так як вони мають властивість за короткий час віддати великий струм (до 300-800А) при запуску двигуна (при малому внутрішньому падінні напруги).

Акумуляторні батареї бувають свинцево-кислотними та лужними. Найбільше поширення мають свинцево-кислотні акумуляторні батареї.

Акумуляторні батареї складаються з акумуляторів, які послідовно з'єднані між собою. Число акумуляторів у батареї визначається номінальною напругою, яка необхідна для живлення електроспоживачів (6 В; 12 В; 24 В).

Свинцевий акумулятор складається з декількох додатних і від'ємних пластин, які опущені в посудину з розчином сірчаної кислоти та дистильованої води.

Пластини акумулятора являють собою решітки 16 (Мал. 12.1), які відлиті зі сплаву свинцю та сурми (вмістом сурми від 4% до 5%). Сурма збільшує стійкість решітки проти корозії, підвищує її твердість і поліпшує текучість сплаву при відливанні решіток. Решітка виконує роль каркаса, на якому закріплений активний матеріал пластини. Решітку від'ємної пластини заповнюють активним матеріалом 18, приготованим із свинцевого порошку й розчину сірчаної кислоти, а додатну пластину — активним матеріалом, приготованим із свинцевого сурику, свинцевого глету й розчину сірчаної кислоти.

Пластини підсушують, потім розміщують у баках з розчином (електролітом) хімічно чистої сірчаної кислоти й дистильованої води і пропускають постійний струм. Цей процес називається формуванням. Внаслідок декількох етапів заряджень активний матеріал пластин стає пористим, що збільшує їх площу у 800 разів. В кінці формування активний матеріал додатної пластини майже повністю перетворюється в перекис свинцю (темно-коричневого кольору), а від'ємної— в губчастий свинець (сірого кольору). По закінченню формування пластини залишаються в зарядженому стані.

Однойменні пластини 14 з'єднуються між собою за допомогою бареток (перемичок) 17 у півблоки додатних і від'ємних пластин. Півблоки збирають у блок так, щоб кожна додатна пластина була розміщена між двома від'ємними. Щоб запобігти замиканню різнойменних сусідніх пластин, вони відокремлені одна від одної тонкими прокладками-сепараторами 15,19,20,21.

Сепаратори повинні бути тонкими й пористими, щоб не перешкоджали циркуляції електроліту й проходженню електричного струму. Матеріалом для сепараторів служить мінор — Р, скловолокно — С, міпласт — М, дерево — Д або комбінований матеріал, який складається із хлорвінілового волокна та інших компонентів. Для полегшення і кращої циркуляції електроліту бік сепаратора, обернений до додатної пластини, роблять ребристим.

Акумуляторні батареї випускають у моноблоках, виготовлених у вигляді бака 13 із перегородками. Виготовляється бак з ебоніту або пластмаси з кислотостійкими вставками на стінках. На дні бака розміщуються ребра 11, на які спираються півблоки додатних і від'ємних пластин. Між ребрами збираються частинки активного матеріалу 18 (шлам), чим на деякий час запобігається короткому замиканню шламом різнойменних пластин. Бак розділений перегородками, які утворюють відділення для розміщення блоків з пластинами акумуляторів.

Для захисту верхніх країв пластин від пошкодження і короткого замикання при замірі рівня електроліту призначені захисні щітки 7 із вініпласту. Зверху кожну банку батареї закривають кришкою 1, в якій просвердлені чотири або три отвори: два крайніх для вивідних штирів, наливний, який закривається пробкою 3, і вентиляційний отвір 23—коли чотири отвори, і якщо в пробці наливної горловини зроблено вентиляційний отвір,— три отвори. Щілини між краями кришок і стінками банки заливають кислотостійкою замазкою 9.

Акумулятори з'єднують між собою послідовно за допомогою перемичок 5. Полюсні штирі відмічають мітками "+" і "-". Діаметр додатного штиря 8 дещо більший від діаметра від'ємного, що запобігає помилці при включенні батареї в електричне коло.

Акумуляторні батареї випускають у сухозарядженому стані без електроліту.

В кожний акумулятор заливають електроліт, що являє собою суміш хімічно чистої сірчаної кислоти і дистильованої води. Пластини, опущені в електроліт, набувають певного електричного потенціалу під дією цього розчину і стають, таким чином, позитивними й негативними електродами. Оскільки електричні потенціали позитивних і негативних електродів різні, то коли їх з'єднати провідниками струму, через останній потече електричний струм; відбувається розрядження акумулятора. Під час його розрядження струм в електроліти проходить від негативного електрода до позитивного. На негативній пластині утворюється сірчанокислий свинець PbSO4 в результаті сполучення губчастого свинцю пластини з кислотними залишками SO4 електроліту. На позитивній пластині під дією розрядного струму активний матеріал (діоксид свинцю РЬSО4) перетворюється в сірчанокислий свинець PbSO^, вбираючи з електроліту кислотний залишок SO4 і віддаючи в електроліт кисень О2. Кисень із позитивної пластини, сполучаючись із воднем, що залишався в електроліті в результаті розпаду сірчаної кислоти H2SO4, утворює воду H2O.

При розрядженні акумулятора кількість сірчаної кислоти в електроліті зменшується, густина електроліту знижується. Під час зарядження акумулятора реакція відбуваються у зворотному порядку. В цьому разі струм від стороннього джерела піде від позитивного електрода до негативного. Реакцію, що відбуваються під час розрядження й зарядження акумулятора, можна зобразити такою хімічною формулою: зарядження розрядження

При зарядженні акумулятора кількість сірчаної кислоти в електроліті збільшується, і густина електроліту підвищується. Властивість електроліту змінювати свою густину під час розрядження акумулятора використовується для визначення ступеня зарядженості акумуляторної батареї.

Чим вища густина електроліту, тим нижча температура замерзання електроліту. Електроліт густиною 1,30 г/см3 замерзає при -68° С, а при густині 1,11 г/см3 — при -7° С.

Для приготування електроліту відповідної густини на 1л. води потрібно брати сірчаної кислоти, г/см3:

для електроліту густиною:1,23 г./см3 - 280 г; 1,25 г./см3 —310г; 1,27 г/см3 —345г; 1,29 г./см3 —385г.

При приготуванні електроліту сірчану кислоту наливають тоненькою цівкою у воду, одночасно помішуючи розчин чистою скляною паличкою.

Густину електроліту для повністю зарядженого акумулятора встановлюють у відповідності з кліматичними умовами експлуатації, яка вказана в таблиці:

Таблиця 12.1

Не можна лити воду в кислоту, так як при цьому виділяється багато тепла у верхніх шарах розчину й електроліт буде пліскатися з посудини, що може викликати опіки шкіри. При приготуванні електроліту необхідно надівати захисні окуляри, гумові рукавиці й фартух. У випадку попадання сірчаної кислоти (електроліту) на шкіру потрібно обережно ватою зняти кислоту і промити вражене місце струменем води, потім 10%-ним розчином соди або нашатирного спирту.

Напруга повністю зарядженого акумулятора становить 2,1 В і не залежить від розмірів пластин та їх кількості. При послідовному з'єднанні акумуляторів у батарею загальна напруга дорівнює сумі напруги кожного акумулятора, які входять до складу акумуляторної батареї. Межа допустимого розрядження акумулятора дорівнює не нижче 1,7 В, електроліту в банці на висоті 10-15 мм. вище верхнього краю сепаратора або захисного щитка.

Основними електротехнічними величинами акумуляторної батареї є:

номінальна напруга Un (В) - основна характеристика, яка встановлює допустимість чи непридатність батареї до використання на конкретному транспортному засобі, відповідно робочої напруги генератора і споживачів. Номінальна напруга акумуляторної батареї вимірюється вольтметром і залежить від кількості послідовно з'єднаних акумуляторів у батарею і напруги кожного окремого акумулятора;

номінальна ємність Сп вимірюється в ампер-годинах. Це максимальна кількість електрики, яку можна отримати впродовж точно визначеного часу від АКБ при t°=25°C до величини розрядної напруги 1,75 В. При вимірюванні використовують 100-, 20-, 10-, 5- і 1-годинні режими розряду. При 1 - годинному режимі розряд ведеться до напруги 1,6В, а при 5-годинному - до 1,7В. Для стартерних акумуляторних батарей найчастіше застосовують 20-годинний режим розряду, коли фактично ємність Сф повністю зарядженої АКБ визначається при розрядженні струмом, який дорівнює І=0,05С20. Ємність акумуляторної батареї при 20-годинному режимі розряду С20, як одна з основних характеристик, найчастіше включається в маркування. Американськими нормами Товариства автомобільних інженерів 5AEJ537 і нормами міжнародної електротехнічної комісії JEC95-1 номінальна ємність не передбачається; вони використовують іншу характеристику - резервну ємність CR або Ср;

резервна ємність Ср - характеризує здатність акумуляторної батареї забезпечувати тривалу роботу основних споживачів електричної енергії при непрацюючому генераторі. Ця ємність вимірюється часом у хвилинах розряду струмом 25А повністю зарядженої АКБ до напруги 1,75В на розрядженому акумуляторі при t°=25°C. Резервна ємність є однією з основних характеристик АКБ при використанні норм SAE, JEC і додатковою характеристикою до С20, що визначається відповідно до ГОСТ 959.0 - 21Е (країни СНД). Раніше ця характеристика не була в стандарті, а з 1991 року додатково внесена до згаданого ГОСТу без зміни умов її визначення, встановлених у міжнародних стандартах; струм запуску 3 - одна з основних характеристик стартерних можливостей акумуляторної батареї при низьких температурах. Ця температура (г°=-18°С) - єдиний параметр, що збігається у всіх нормах, стандартах і тестах. Ця характеристика має великі розбіжності в залежності від норм (стандартів), які прийняті фірмою виробників або їх об'єднанням.

Так як значення характеристик струмів запуску Із(А) для однієї і тієї ж АКБ можуть різнитися майже у 2 рази, то для визначення її обов'язково треба знати не тільки величину струму запуску, а й точне значення норми (стандарту), відповідно до якої він визначений.

Ємність акумулятора залежить від площі поверхні пластин, густини, температури електроліту, відстані між сусідніми різнойменними пластинами й величини розрядного струму.

Ємність акумуляторної батареї визначається ємністю одного акумулятора, послідовно з'єднаного у батарею. В експлуатації ємність батареї залежить від сили розрядного струму, температури, режиму розрядження (переривчастий чи неперервний), ступеня зарядженості й спрацьованості акумуляторної батареї. При збільшенні розрядного струму й ступеня розрядки, а також із зниженням температури ємність акумуляторної батареї зменшується. При низьких температурах спад ємності акумуляторної батареї з підвищенням розрядного струму відбувається особливо інтенсивно. При включенні акумуляторів паралельно напруга батареї буде дорівнювати напрузі одного акумулятора, ємність — сумі ємностей кожного акумулятора. Маркування акумуляторної батареї.

1. В країнах СНД, АКБ маркують, наприклад, 6СТ 75, де:

6 - число акумуляторів у АКБ; СТ - стартерна; 75 - ємність АКБ (А/год.).

Зустрічається маркування (раніше масово) - 6СТ 75 ЕМС, де:

Е - матеріал моноблока (ебоніт); М,С... - матеріал сепараторів.

• На акумуляторних батареях більшості фірм світу обов'язково є напис 6V, 12V.
• Німецький стандарт кодує тип АКБ п'ятизначним числом - напругу 6V мають акумуляторні батареї з першою цифрою коду від 0 до 4 (04838), a 12V, починаючи з 5, наприклад,5554 або 62093.

Завдання 2. Розібрати акумуляторну батарею

• Розрядіть акумуляторну батарею, підключивши її до реостата або лампи. Навантаження при цьому повинно становити 8-Ю А.
• Викрутіть пробки наливних отворів (якщо вони не були раніше зняті).
• Переверніть батарею, злийте з банок електроліт у керамічну або освинцьовану посудину.
• Двічі промийте банки батареї дистильованою водою, тримаючи воду в них щораз 15-20 хв.
• Розберіть акумуляторну батарею в наступному порядку:

а) розріжте перемички між акумуляторами за допомогою ножівки або висвердліть кільце в місці з'єднання перемичок із вивідним штирем спеціальним свердлом;

б) зніміть кислотостійку замазку електричним паяльником;

в) зніміть кришки акумуляторів;

г) вийміть блоки пластин і промийте їх у проточній воді;

д) розсуньте пластини, вийміть сепаратор і роз'єднайте півблоки пластин;

е) промийте пластини в дистильованій воді і просушіть при температурі 40°-50° С.

Завдання 3. Скласти акумуляторну батарею

• Складіть півблоки, вставивши від'ємні й додатні пластини.
• Вставте між пластинами сепаратори. Встановлення сепараторів необхідно починати із середини блока.
• Зібраний блок старанно перевірте й спресуйте на спеціальному пресі, після чого на верхні краї пластин положіть захисний щиток. Розміри щитка повинні відповідати товщині набраних пластин.
• Вставте блоки в елементи батареї, попередньо перевіривши їх чистоту.
• Надіньте ущільнювальні кільця на вивідні штирі блоків, встановіть щітки.
• Усі зазори між кришками й стінками батареї замажте кислотостійкою замазкою, попередньо прогрітою до температури 190-200° С.
• Встановіть перемички між акумуляторами і приваріть їх до штирів. Приваріть вивідні клеми.

Завдання 4. Скласти опис деталей акумулятора і заповнити таблицю

Контрольні запитання

1. Яке призначення акумуляторної батареї?
2. З яких частин складається акумуляторна батарея?
3. Що являють собою додатні й від'ємні пластини акумулятора і як їх відрізнити одну від одної?
4. Які процеси відбуваються в акумуляторах під час зарядження й розрядження?
5. Що таке ємність акумуляторної батареї і від чого залежить її величина?
6. Як розшифровують маркування акумуляторної батареї?
7. Які вимоги техніки безпеки при використанні акумуляторної батареї?
8. Що таке електроліт? Як змінюється густина електроліту при розрядженні й зарядженні акумулятора?