Аккумуляторная батарея (АКБ). Устройство и принцип работы

Если две свинцовые пластины опустить в слабый раствор серной кислоты в воде (электролиз) и подсоединить их к зажимам источника тока, например генератора, то спустя некоторое время мы обнаружим, что через наш аккумулятор течет электрический ток. Между веществом пластин и кислотой произойдет химическая реакция. Вследствие этого аккумулятор зарядится, т.е. сам превратится в источник тока. Отсоединив теперь аккумулятор от генератора и подключив его к потребителю энергии, можно отбирать накопленную им электроэнергию, или разряжать аккумулятор. Обратимая химическая реакция, происходящая при разряде и заряде аккумулятора, записывается в виде:

Этот процесс можно повторять многократно: при работающем генераторе электрическая энергия накапливается (заряд), а при неработающем запасенная энергия расходуется на питание потребителей (разряд). Простейшие аккумуляторы, состоящие из двух пластин (положительной и отрицательной), объединяют в аккумуляторную батарею, соединяя пластины последовательно друг с другом.

Применяются аккумуляторные батареи, вырабатывающие постоянный ток напряжением 12 В (на карбюраторных машинах) или 24 В (на ТС с дизелем).

Полностью заряженный свинцово-кислотный аккумулятор имеет напряжение 2,0… 2,1 В. Поэтому для получения источника тока напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 6 аккумуляторов, а для получения источника напряжением 24 В — 12 аккумуляторов. Такое сравнительно низкое напряжение используется потому, что оно малоопасно для человека в случае появления неисправности в электросистеме ТС.

Свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея, применяемая на ТС, позволяет получить силу тока разряда, в 3 — 5 раз превышающую номинальную. Отрицательные 1 и положительные 3 пластины выполняют в виде решетки, отлитой из свинцово-сурьмянистого сплава с небольшим содержанием сурьмы, повышающей стойкость материала против коррозии и твердость. Сепараторы 2 устанавливают между отрицательными и положительными пластинами, собранными в полублоки. Перемычки 4 и 6 связывают в один полублок параллельно включенные пластины одинакового знака. Для соединения аккумуляторов в батарею блоки 13 пластин чередуют таким образом, чтобы отрицательные штыри перемычек одного блока находились напротив положительных штырей перемычек соседних блоков. Аккумуляторный бак изготавливают из эбонита или термопласта в виде общего сосуда (моноблока 11), разделенного на отдельные ячейки перегородками. Бак имеет общую крышку 7 с пробками 9 наливных отверстий.

Решетка служит каркасом, на котором установлены пластины, выполненные из губчатого свинца (Рb) — для отрицательных пластин и диоксида свинца (Рb02) — для положительных. Вследствие пористости материала площадь активной поверхности возрастает в 600—800 раз по сравнению с действительной площадью, благодаря чему увеличивается емкость аккумулятора. Емкость аккумулятора и количество энергии, которое он может отдать при разряде, определяются количеством вещества в пластинах (их площадью), взаимодействующего с серной кислотой.

Емкость аккумуляторной батареи, измеряемая в амперчасах (А-ч), зависит от температуры электролита и силы разрядного тока. Чем ниже температура, тем меньшее количество энергии может отдать батарея. Так, при понижении температуры на 1 °С емкость уменьшается на 1 %. При определенной низкой температуре электролит аккумуляторной батареи может замерзнуть, что повлечет за собой разрушение аккумулятора и выход его из строя.

Под номинальной емкостью батареи С20 понимают ее емкость при 20-часовом разряде и силе разрядного тока 0,05 С20 А. Разряд осуществляется до конечного напряжения на выводных штырях, равного 10,5 В для 12-вольтной батареи.

Рис. Свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея:
1, 3 — отрицательные и положительные пластины соответственно; 2 — сепаратор; 4, 6, 8 — перемычки; 5 — предохранительный щиток; 7 — крышка; 9 — пробка; 10 — полюсный вывод (штырь); 11 — Моноблок; 12 — призматические ребра; 13 — блок пластин

Все стартерные аккумуляторные батареи имеют определенную маркировку. Например, в обозначениях 6СТ-90-ЭМН и 6СТ-78- ЭМСЗ первая цифра (6) указывает число аккумуляторов в батарее (батареи 12-вольтовые). Буквы СТ определяют назначение батарей — стартерного типа (обеспечивают силу тока разряда до 500 А). Цифры после букв (90 и 78) характеризуют емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом разряде. Последующие буквы означают материал корпуса батареи (Э — эбонит, Т — термопласт) и сепараторов (М — мипласт, С — стекловолокно, Р — мипор). Буква в конце определяет исполнение батареи (Н — несухозаряженная, 3 — сухозаряженная).

Сухозаряженные батареи в процессе изготовления на аккумуляторном заводе заряжают полностью, а затем сливают электролит и герметизируют батареи. Перед началом эксплуатации их заливают электролитом плотностью 1,25… 1,27 г/см3.

Температура замерзания электролита зависит от его плотности, а последняя, в свою очередь, от степени разряженности конкретной батареи. Плотность электролита у полностью заряженного аккумулятора при температуре 20 °С составляет 1,22… 1,39 г/см3, а у полностью разряженного — 1,15… 1,16 г/см3.

Электролит представляет собой раствор серной кислоты в воде. Если в 1 л электролита заряженного аккумулятора содержится 500 г чистой серной кислоты и около 800 г воды, то плотность электролита, г/см3, рассчитывается по формуле:

(500 + 800) / 1000 = 1,3

Нормальной плотностью электролита в полностью заряженной аккумуляторной батарее при температуре окружающего воздуха 15°С считается 1,27… 1,29 г/см3. Летом плотность понижают до значений 1,27… 1,24 г/см3, а зимой из-за опасности замерзания электролита повышают до 1,31 г/см3.

Таблица. Взаимосвязь параметров электролита и аккумуляторной батареи

Аккумуляторные батареи, применяемые на ТС, при необходимости соединяют друг с другом, повышая их общую емкость или номинальное напряжение. При параллельном соединении батарей их общая емкость равна сумме емкостей отдельных батарей, а общее напряжение не изменяется. При последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений отдельных батарей, а общая емкость остается неизменной.