Что такое аккумулятор?
Свинцовая стартерная аккумуляторная батарея (АКБ, аккумулятор) -
вторичный источник электрической энергии. Это значит, что после
глубокого разряда ее работоспособность можно полностью восстановить
при помощи заряда - пропускания электрического тока в направлении,
обратном тому, в котором протекал ток при разряде.
Работает аккумулятор по принципу превращения электрической энергии
в химическую (при заряде) и обратном превращении - химической энергии
в электрическую (при разряде). Активные вещества заряженного свинцового
аккумулятора, принимающие участие в токообразующем процессе:
- на положительном электроде - двуокись свинца темно - коричневого
цвета;
- на отрицательном электроде - губчатый свинец серого цвета;
- электролит - водный раствор серной кислоты плотностью 1,28 г/см3,
который, как и активная масса электродов, принимает участие в токообразующем
процессе.
В процессе разряда активная масса как положительного, так и отрицательного
электродов превращается в сульфат свинца (белого цвета). Поэтому
теория, описывающая химические процессы, протекающие при заряде
и разряде свинцового аккумулятора, называется теорией двойной сульфатации.
При этом плотность электролита снижается к концу разряда до 1,08-1,10
г/см3.
Сегодня наиболее распространены автомобильные аккумуляторы номинальным
напряжением 12 В. Их емкость составляет от 36 до 225 А/ч.
Виды аккумуляторных батарей, продаваемых в России
У свинцовых стартерных аккумуляторов в зависимости от исполнения свои
конструктивно-технологические особенности, однако, в их устройстве
много общего. Все они содержат разноименные электроды, разделенные
сепараторами, которые помещают в сосуд, заполненный электролитом.
В зависимости от применяемых материалов и используемых конструктивных,
технологических и эксплуатационных особенностей, современные аккумуляторы
можно подразделить на два основных вида: классического исполнения
и необслуживаемого исполнения.
Классическое (традиционное) исполнение.
Основы традиционного исполнения батарей сформировались уже в начале
20-го века и постепенно трансформировались до современного состояния
по мере появления новых конструкционных материалов, но их эксплуатационные
недостатки при этом сохранились.
В России аккумуляторы традиционного исполнения выпускают как в моноблоках
с отдельными крышками, так и в моноблоках с общей крышкой. Первые
герметизируют битумной мастикой, вторые - контактно-тепловой сваркой.
 Аккумуляторные
батареи с отдельными крышками собирают в одном многоячеечном корпусе
- моноблоке 2, выполненном из эбонита или другой кислостойкой
пластмассы, разделенном перегородками 16 на отдельные камеры-ячейки
(банки), по числу аккумуляторов в батарее. В каждую из ячеек помещен
блок, состоящий из чередующихся положительных 5 и отрицательных
3 электродов, разделенных сепараторами 4. Он представляет
собой отдельный аккумулятор напряжением 2 В. Пространство между дном
моноблока и верхними кромками фиксирующих электроды опорных призм
1 служит для накапливания шлама - осадка, образующегося в процессе
эксплуатации вследствие оплывания частиц активной массы положительных
электродов. Когда объем шламового пространства заполняется, происходит
замыкание нижних кромок разноименных электродов и аккумулятор теряет
работоспособность.
Электроды состоят из активной массы, нанесенной на токоотвод решетчатой
конструкции - решетку. Сепараторы разделяют участвующие в электрохимических
превращениях реагенты и обеспечивают возможность диффузии электролита
от одного электрода к другому. Сторона сепаратора, обращенная к положительному
электроду для облегчения доступа электролита к поверхности активной
массы, выполнена ребристой.
Борн 8, который приваривают к мостику 6, параллельно
соединяющему в блоке электроды одной полярности (положительные или
отрицательные), служит наружным токоотводом аккумулятора. В верхней
части электродного блока ставят щиток 7, предохраняющий верхние
кромки сепараторов 4 от повреждений при замерах уровня и плотности
электролита. Каждый аккумулятор после установки электродного блока
в камеру-ячейку моноблока закрывают сверху отдельной пластмассовой
или эбонитовой крышкой 15. В ней выполняют по два отверстия с втулками
для выводных борнов электродного блока. Между ними расположено резьбовое
отверстие для заливки электролита и периодического обслуживания аккумулятора
в процессе эксплуатации. После заливки электролита резьбовое отверстие
закрывают пробкой из полиэтилена 11, имеющей небольшое вентиляционное
отверстие 13 для выхода газов, образуемых при разрядно-зарядных
процессах.
Для сохранения герметичности внутренней полости каждой "банки" новой
сухозаряженной батареи до ее приведения в рабочее состояние (заливки
электролита) в верхней части пробки над вентиляционным отверстием
выполнен глухой прилив. Для обеспечения нормальной эксплуатации этот
прилив, после заливки электролита в батарею, необходимо срезать.
Для последовательного соединения аккумуляторов в батарею борн 8 одного
аккумулятора, приваренный к мостику 6 положительных электродов, соединяют
перемычкой 12с борном соседнего аккумулятора, приваренным к мостику
отрицательных электродов, и так далее. К выводным борнам крайних аккумуляторов
батареи приваривают полюсные выводы 9 и 14, служащие для соединения
батареи с внешней электрической цепью. Положительный 9 и отрицательный
14 выводы имеют разный диаметр, что позволяет исключить возможность
переполюсовки при подключении АКБ к бортовой электрической сети автомобиля.
 Благодаря
специфическим свойствам термопластичной пластмассы появились аккумуляторные
батареи с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с
этиленом., устройство которых показано на рис. 2. В моноблоке 1
установлены электродные блоки, состоящие из разноименных электродов
2 и 3, разделенных сепараторами 4. Эти блоки соединены
между собой при помощи укороченных межэлементных соединений 6
через отверстия в перегородках 5 моноблока. Крышка 7
сделана единой на все шесть аккумуляторов батареи. Свойства термопластичной
пластмассы позволили применить для герметизации аккумулятора с общей
крышкой метод контактно-тепловой сварки, обеспечивающий сохранение
герметичности как по периметру АКБ, так и между отдельными аккумуляторами
в широком диапазоне температур (от -50°С до 70°С).
Необслуживаемое исполнение
Недостатки традиционных свинцовых батарей обусловлены тем, что содержащаяся
в сплаве положительных токоотводов сурьма постепенно, по мере их коррозии,
через раствор переходит на поверхность отрицательного электрода. Осаждение
большого количества сурьмы на поверхности отрицательной активной массы
снижает напряжение на электродах батареи, при котором начинается разложение
воды на водород и кислород. Поэтому, в конце зарядного процесса и
при небольшом перезаряде во время эксплуатации, увеличивается скорость
электролитического разложения воды, которое сопровождается бурным
газовыделением, похожим на кипение электролита.
За последние 20-25 лет, по мере развития технологии и совершенствования
оборудования, появилось несколько разновидностей аккумуляторных батарей
так называемого "необслуживаемого" исполнения. Их основная отличительная
особенность - использование сплавов с пониженным содержанием сурьмы
или вовсе без нее для производства токоотводов. Называя батареи
"необслуживаемыми", их разработчики и производители не подразумевали,
что эксплуатация таких батарей должна происходить без какого-либо
контроля со стороны автовладельца. Они хотели лишь показать, что
аккумуляторы в таком исполнении не требуют ежемесячной доливки дистиллированной
воды при эксплуатации или ежемесячной подзарядки при бездействии,
как это имеет место у батарей с токоотводами, содержащими более 5%
сурьмы.
Усовершенствование конструкции при создании необслуживаемых аккумуляторов
заключается еще и в том, что для увеличения запаса электролита без
изменения высоты батареи, один из аккумуляторных электродов помещают
в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового
материала с низким электросопротивлением. В этом случае замыкание
электродов различной полярности, при отсутствии сбоев в работе сборочного
оборудования, практически исключено. Поэтому опорные призмы становятся
ненужными, и блок электродов можно установить прямо на дно ячейки
моноблока. В результате та часть электролита, которая раньше находилась
в шламовом пространстве между призмами и не принимала участия в работе
аккумулятора, теперь находится над электродами и пополняет его запас,
расходуемый при эксплуатации батареи.
Первоначально такие батареи начали выпускать в США на базе свинцово-кальциевого
сплава (0,07-0,1% Са; 0,1-0,12 % 5п; остальное - Рb) для токоотводов,
положительного и отрицательного электродов. Это снизило газовыделение,
что обеспечило эксплуатацию аккумуляторов без доливки воды в течение
как минимум двух лет. При этом саморазряд батарей замедлился более
чем в 6 раз. Однако, при нескольких глубоких разрядах такие аккумуляторы
быстро теряют емкость и их стартерные характеристики резко снижаются,
из-за чего они не нашли широкого распространения в Европе и России.
В это же время в США появились батареи системы "кальций плюс" (гибридные)
с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном
токоотводе и свинцово-кальциевым отрицательным токоотводом. Характеристики
этих батарей по расходу воды и саморазряду вдвое лучше, чем у малосурьмяных,
но все ещё не такие хорошие, как у свинцово-кальциевых.
К началу 80-х годов производство необслуживаемых батарей стало быстро
развиваться в странах Европы. Но там пошли по пути применения сплавов
с пониженным до 2,5-3,0% содержанием сурьмы. В некоторых публикациях
такие батареи иногда называют "малообслуживаемыми"; у них расход воды
и саморазряд в 2-3 раза выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами.
Позже и в Европе появились так называемые гибридные батареи.
Наконец, в конце 90-х годов и в США, и в Западной Европе началось
производство батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава
с добавкой новых легирующих компонентов, в том числе серебра, которые
не боятся глубоких разрядов. Расход воды у этих батарей так мал, что
конструкторы убрали из крышек отверстия для доливки воды.
Батареи, у которых нет пробок, в рекламных публикациях иногда называют
абсолютно (полностью) необслуживаемыми. При этом подразумевается,
что в продажу такие батареи поставляют только залитыми и заряженными,
а также то, что они не требуют долива воды исключена возможность контроля
плотности электролита в процессе эксплуатации при исправном состоянии
электрооборудования автомобиля и соблюдении условий эксплуатации,
указанных производителем в инструкции по эксплуатации этих батарей.
Полностью необслуживаемые аккумуляторные батареи снабжают индикатором
плотности электролита - "глазком", цвет которого говорит о готовности
аккумуляторных батарей к работе или необходимости ее подзарядки. Индикатор
плотности электролита устанавливают в одну из средних ячеек, обычно
в третью или четвертую от положительного вывода. Их выбор обусловлен
предположением, что в средних ячейках плотность электролита близка
к среднему состоянию заряженности аккумулятора, а также тем, что в
них средняя температура.
Следует отметить, что эксплуатация батарей без отверстий для доливки
воды требует более надежной работы системы энергоснабжения автомобиля,
а также более внимательного отношения автовладельцев к состоянию и
исправной работе электрооборудования. В первую очередь это касается
натяжения ремня привода генератора и исправности самого генератора,
а также регулятора напряжения. Отрицательно сказывается на состоянии
батарей последнего поколения и наличие утечек тока в системе электрооборудования
или сигнализации.
В России выпускаются необслуживаемые батареи емкостью от 44 до 90
А/ч с токоотводами из малосурьмяного сплава с содержанием сурьмы 1,7-3,0
%.
Подавляющее большинство аккумуляторов, поступающих в Россию из стран
Европы, выпускают, как правило, в гибридном исполнении, либо с токоотводами
обеих полярностей из свинцово-кальциевых сплавов. При изготовлении
сухозаряженных батарей многие производители применяют для электродов
обеих полярностей малосурьмяные сплавы с содержанием сурьмы 1,6-1,8
%.
По материалам журнала "Секреты выбора и применения. Автомобильные
аккумуляторы".
Авторы: Н. Курзуков, В. Ягнятинский
|
Cтроительно-дорожную, коммунальную и специальную технику 
Техника