Електрообладнання. Акумуляторна батарея

В автомобілі електричну енергію використовують для запалювання пальної суміші в циліндрах карбюраторних і газових двигунів, запуску двигуна стартером, живлення приладів освітлення, сигналізації, контрольних та інших приладів електрообладнання.
Крім цих споживачів електричного струму, до системи електрообладнання автомобіля входять джерела струму, вимикачі, запобіжники і проводи.
Джерелом струму на автомобілі є акумуляторна батарея і генератор. Акумуляторна батарея живить споживачі, коли двигун не працює або працює на малих частотах, а генератор живить споживачі і заряджає акумуляторну батарею під час роботи двигуна на середніх і великих частотах обертання.

Автомобільні акумуляторні батареї

Акумуляторна батарея складається з трьох або шести окремих послідовно з'єднаних кислотних акумуляторів. Будову батареї показано малюнку. Бак 12 батареї виготовляють з ебоніту або кислототривкої пластмаси. Він розділений перегородками на камери. У кожній камері знаходиться акумулятор, який має блок з позитивних 10 і негативних 11 свинцевих пластин у вигляді решітки, що заповнюються активною масою. Негативних пластин у кожному акумуляторі на одну більше, ніж позитивних, тому з обох зовнішніх боків блока знаходяться негативні пластини.
Позитивні пластини відокремлюють від негативних за допомогою пористих сепараторів (прокладок) 9, які виготовляють з вилуженої деревини, скляної повсті, ебоніту або пластмаси.
Однойменні пластини з'єднують свинцевими баретками (перемичками) 7. До бареток приварюють свинцеві штирі 69 які виводять назовні через два крайні отвори в кришці 4 акумулятора. Зверху пластики закриті перфораційним пластмасовим щитком 8. Акумулятор через середній отвір 3 у кришці заповнюють електролітом. Гази, які утворюються під час заряджання акумулятора, виходять в атмосферу через вентиляційний отвір пробки. В деяких акумуляторах цей отвір зроблено в окремому штуцері на кришці 4. Зазори між кришками і стінками бака 12 ущільнюють бітумною мастикою 5.
Акумулятори з'єднують у батарею за допомогою свинцевих міжелементних містків І, які приварюють до вивідних штирів 6. Вільні від містків вивідні штирі крайніх акумуляторів приєднують до мережі електрообладнання автомобіля. Електролітом для кислотних акумуляторів є розчин хімічно чистої (акумуляторної) сірчаної кислоти в дистильованій воді.

Дія акумуляторної батареї.

Активна маса пластин нових акумуляторів складається з оксидів свинцю — свинцевого сурику РЬзО4) і глету (РЬО) або окисленого свинцевого порошку. Для початкового заряджання (формування пластин) через акумулятори пропускають постійний електричний струм від зовнішнього джерела, який проходить усередині акумулятора через електроліт від позитивних до негативних пластин. При цьому в акумуляторах у результаті хімічних реакцій активна маса позитивних пластин перетворюється в двоокис свинцю (IV) (РbO2), а негативних пластин — у металевий свинець (РЬ) губчастої структури.
Заряджені акумулятори використовують як джерела електричної енергії. Якщо з'єднати вивідні штирі акумуляторної батареї із зовнішнім колом, то через останнє струм проходить від позитивного вивідного штиря до негативного (відбувається розряджання). Одночасно через внутрішнє коло акумуляторів струм іде від негативних пластин до позитивних.
Внаслідок хімічних реакцій, які відбуваються під час розряджання, активна маса позитивних і негативних пластин акумуляторів перетворюється в сірчанокислий свинець (РЬSO4). При цьому витрачається частина сірчаної кислоти, що міститься в розчині, внаслідок чого густина електроліту під час розряджання зменшується.
При дальшому заряджанні в акумуляторах батареї відбуваються зворотні хімічні реакції, в результаті яких активна маса позитивних пластин знову перетворюється в перекис свинцю, а негативних — у губчастий свинець» Під час заряджання кількість сірчаної кислоти в розчині зростає і густина електроліту збільшується.
Електрорушійна сила (ЕРС) зарядженого акумулятора становить близько 2,2 В. ЕРС вимірюють вольтметром на вивідних штирях акумулятора, від'єднаного від зовнішнього кола.
Напруга — частина ЕРС, що діє в зовнішньому колі акумулятора. Напругу вимірюють вольтметром, який приєднаний до вивідних штирів акумулятора, з'єднаних із зовнішнім колом. Напруга менша від ЕРС на величину падіння напруги у внутрішньому колі акумулятора, яке залежить від сили струму в навантаженні і величини внутрішнього опору акумулятора. Для зменшення падіння напруги у внутрішньому колі акумуляторних батарей, що дає можливість забезпечити живлення таких потужних.споживачів електроенергії, як стартер* автомобільні акумулятори повинні мати велику ємність і дуже малий внутрішній опір (0,002 Ом). Такі акумулятори називаються стартерними. У міру розряджання акумулятора його ЕРС і напруга при певному навантаженні знижуються. За величиною цього зниження визначають ступінь зарядженості акумулятора.
ЕРС і напруга батареї, яка складається з кількох послідовно з'єднаних акумуляторів, дорівнює сумі їх ЕРС або напруг. Оскільки номінальна напруга на вивідних штирях одного акумулятора дорівнює 2 В, то акумуляторна батарея з трьох акумуляторів має напругу 6 В, а батарея з шести акумуляторів — 12 В.
Ємністю називається кількість електрики, яку може віддати повністю заряджений акумулятор в коло під час розряджання до певної кінцевої напруги. Ємність вимірюється в ампер-годинах (А - год) і залежить від площі і стану всіх пластин акумулятора, сили розрядного струму, густини і температури електроліту. Номінальна ємність стартерних акумуляторів гарантується під час безперервного розряджання повністю зарядженого акумулятора струмом, який чисельно дорівнює ОД його ємності, при температурі ЗО °С і початковій густині електроліту 1,285 г/см3 до напруги 1,7 В. Так, акумулятор, ємність якого 70 А - год, може при зазначеній температурі і початковій густині електроліту підтримувати в приєднаному до нього колі струм. 7 А протягом 10 год, а коли цей час мине, розрядиться до напруги 1,7 В.
Під час розряджання акумулятора струмом стартерного режиму (100...500А) він віддає тільки 20...30 % своєї номінальної ємності. Якщо температура акумулятора знижується на 1 °С, його ємність зменшується приблизно на 1 %. Якщо номінальна ємність при ЗО °С дорівнює 70 А • год, то при 0 °С вона зменшиться на 30 % (до 49 А • год), при мінус 20 °С — на 50 % (до 35 А • год).
Ємність батареї, яка складається з кількох послідовно з'єднаних акумуляторів, дорівнює ємності одного акумулятора.

Типи й позначення (маркування) автомобільних акумуляторних батарей.

На автомобілях установлюють б- і 12-вольтові акумуляторні батареї.
До прийнятого маркування батарей входить цифра 3 або 6 (на початку), яка означає кількість акумуляторів у батареї; букви СТ вказують, що батарея розрахована на живлення стартера; дво- або трицифрові числа після букв СТ показують номінальну ємність батареї в ампер-годинах; буквене позначення матеріалу бака (Е — ебоніт, П — асфальтопекова маса з кислототривкими вставками); буквене позначення матеріалу сепараторів (Д — деревина, М. — міпласт, ДС і МС —.деревина або міпласт, комбіновані із скловолокном). Наприклад, позначення 6СТ-54 ЕМ вказує, що батарея складається з шести акумуляторів, стартерна, має ємкість 54 А • год, бак з ебоніту і міпластові сепаратори.
На автомобілях, що вивчаються, встановлюють такі акумуляторні батареї: ЗИЛ-130 — 6СТ-90ЕМС, ГАЗ-5ЗА — 6СТ-75ЕМ, ГАЗ-24 «Волга» — 6СТ-60ЕМ. В автомобілі ГАЗ-53А батарея розміщена під сидінням водія; в автомобілі ЗИЛ-130 — на кронштейні рами біля лівої підніжки кабіни, в автомобілі ГАЗ-24 — у моторному відсіку. Батареї з'єднують позитивним полюсом з ізольованими проводами системи електрообладнання, негативним — з масою автомобіля.

Несправності АКБ

До несправностей акумуляторної батареї відносять саморозряджання, зниження ємності, повне припинення дії, а також тріщини та інші пошкодження бака.

Саморозряджання

Саморозряджання — це розряджання батареї при вимкнених споживачах. Нормальним саморозряджанням вважають таке, що не перевищує 1,0...1,5 % ємності батареї за добу (батарея повністю розряджається за 60...100 діб).
Причини прискореного саморозряджання, при якому батареї розряджаються за кілька годин: електроліт і бруд на поверхні батареї, що спричиняє витікання струму; замикання між собою позитивних і негативних пластин осадом активної маси, яка накопичується на дні бака вище від різня ребер 43; забруднення електроліту сторонніми домішками.

Сульфатація

Зниження ємності батареї спричиняють: сульфатація пластин, недостатня густина електроліту, випадання активної маси. Сульфатація відбувається при глибокому (нижче від 1,7 В) розряджанні акумуляторів і тоді, коли батареї залишають розрядженими на тривалий час; із зниженням рівня електроліту в акумуляторах* Активна маса випадає через надмірну густину електроліту або внаслідок жолоблення пластин, спричиненого перевантаженням акумуляторної батареї при безперервному вмиканні стартера понад 10 с, а також тоді, коли холодний двигун, заправлений дуже в'язким маслом, запускають стартером.

Замкнення пластин

Повне припинення роботи акумулятора (на вивідних штирях відсутня напруга) настає під час замикання між собою різнойменних пластин внаслідок пошкоджень сепараторів або відривання вивідних штирів від бареток чи міжелементних з'єднань.

Пошкодження бака

Тріщини бака з'являються від ударів при послабленому кріпленні батареї в гнізді, необережному перенесенні, замерзанні електроліту зниженої густини.