Аккумуляторные батареи

Аккумуляторные батареи являются источниками электрической энергии и предназначены для питания потребителей, когда напряжение генераторной установки ниже напряжения батареи или, когда двигатель находится в незаведенном состоянии.

Стартерные аккумуляторные батареи (рисунок 55) состоят из 3,6 или 12 аккумуляторов, соединенных между собой последовательно с помощью перемычек (межэлементных соединений), собранных в одном многоячеечном моноблоке, разделенном перегородками на отдельные камеры по числу аккумуляторов с целью обеспечения номинального напряжения батареи 6,12 или 24В. На дне каждой камеры выполнены по четыре опорных призмы 16, на которые устанавливают нижними частями электроды 2,4 и сепараторы 3. Пространство между опорными приз­мами служит для накапливания шла­ма - осадка, образующегося во время эксплуатации из-за оплывания частиц активной массы положительных элект­родов. Когда объем шламового про­странства заполнится, произойдет замыкание нижних кромок разноимен­ных электродов и аккумулятор потеря­ет свою работоспособность.

Рис.55. Устройство аккумуляторной батареи:

1 - моноблок; 2-электрод по­ложительный; 3-сепаратор; 4-электрод отрицательный; 5-мостик; 6-щиток предо­хранительный; 7-борн; 5-свинцовая втулка; 9-отража­тель; 10-крышка аккумулято­ра; 11-перемычки; 12-проб­ка вентиляционная; 13-по­люсный вывод; 14-заливоч­ная мастика; 15-шламовое пространство; 16-опорная призма

Каждый аккумулятор состоит из блока электродов и сепараторов, Блок электродов, в свою очередь, состоит из полублоков положительных и отрицательных электродов. Электроды в полублоке между собой соединены параллельно, с помощью свинцовых мостиков 2 (рис.56), поэтому емкость аккумулятора равна суммарной емкости всех пар электродов. Для соединения разноименных полублоков соседних аккумуляторов к мостикам приваривается борн 3 (рисунок 56).

Рис.56. Блок электродов аккумуляторной батареи:

а — положительный полублок; б — отрицательный полублок, в — блок в сборе, 1 — электрод, 2 — свинцовый мостик, 3 — борн

Электрод каждой полярности состоит из активной массы, нанесенной на то­коотвод решетчатой конструкции (решетку).

Токоотвод аккумулятора отливают из свинцово-сурьмянистого сплава, содержащего 92-94% свинца и 6-8% сурьмы. Он представляет собой сетку, состоящую из вертикальных или наклонных ребер и горизонтальных жилок, расположенных внутри прямоугольной рамки. В верхней части рамки выполнено ушко, которое служит для параллельного соединения электродов в блок при помощи полюсно­го мостика. В нижней части токоотвода выполнены две ножки, которыми электрод опирается на призмы на дне моноблока. Токоотвод вы­полняет двойную функцию: является проводником первого рода, по которому генерируемая активной массой электрическая энергия передается по­средством мостов, борнов и перемычек во внешнюю электрическую цепь, и служит конструкционным элементом, обеспечивающим механическое удержа­ние активной массы и возможность параллельного соединения электродов меж­ду собой в блоки при помощи ушек.

Активная масса электродов изготавливается путем формирования специальных паст, вмазываемых в решетки электродов. Пасты для положительных и отрицательных электродов получают путем смешивания свинцового порошка, приготовленного путем размола свинцовых шариков с одновременным окислением в специальных мельницах, с раствором серной кислоты. Активная масса электродов имеет высокую пористость (47-60 %) и у заря­женных аккумуляторов на положительном электроде состоит в основном из дву­окиси свинца Pb0₂ (темно-коричневого цвета), а на отрицательном электроде - из губчатого свинца Pb (серого цвета).

При сборке блока положительные и отрицательные электроды отделяются друг от друга микропористыми прокладками, называемыми сепараторами. Сепараторы предохраняют разноименные электроды от замыканий и обеспечивают необходимый запас электролита между электродами. Сепараторы изготавливаются из мипора (микропористого эбонита на основе натурального каучука), из мипласта (микропористого полихлорвинила) или полиэтилена и имеют с одной стороны гладкую, а с другой - ребристую поверхность. При протекании электрод­ных реакций у положительного элект­рода происходит более значительное изменение концентрации и плотности электролита, чем у отрицательного. Поэтому сторона сепаратора, обра­щенная к положительному электроду, выполнена ребристой для облегчения доступа электролита к поверхности ак­тивной массы. Высота ребра, как пра­вило, превышает половину толщины электрода. В современных модифика­циях сепараторов на стороне, обра­щенной к отрицательному электроду, также выполнены ребра высотой 0,2-0,4 мм для улучшения условий диффузии и у этого электрода. Размеры сепараторов несколько больше размеров электродов, что предотвращает замыкание между кромками разноименных электродов.

Для предохранения сепараторов и электродов от механических повреждений (при измерении уровня, плотности и температуры электролита) сверху на блок электродов устанавливаются перфорированный предохранительный щиток. Материал щитка - хлорвинил, винипласт или другой кислотостойкий материал.

Аккумулятор закрывается крышкой, изготовленной из эбонита или пластмассы. В каждой крышке выполнены по два отверстия, с залитыми в них свинцовыми втулками, через которые проходят при сборке выводные бор­ны электродного блока. Между ними расположено резьбовое отверстие для за­ливки электролита и обслуживания аккумулятора. Заливочная горловина имеет тубус, нижний край которого расположен на расстоянии 10-15 мм от предохранительного щитка. При заливке электролита до нижнего конца тубуса надобность в проверке уровня электролита отпадает.

Рис.57.Крышка аккумулятора (из пластмассы или эбонита)

Заливные отверстия закрываются пробками. Для герметичной укупорки новых сухозаряженных батарей в верхней части пробки над вентиляционным отверстием выполнен глухой прилив. Его после заливки электролита необходимо срезать для обеспечения нормальной эксплу­атации. В результате получается вентиляционное отвер­стие, предназначенное для выхода газов.

Рис.58.Вентиляционные пробки аккумулятора:

а – пробка с вставным отражателем и резиновым кольцом; б – лепестковая пробка без резинового кольца

Электродный блок, установленный в ячейку моноблока и закры­тый крышкой, является отдельным аккумулятором с номинальным напряжени­ем 2 В. Соединение аккумуляторов в батарею производится при помощи межэ­лементных соединений в виде свинцовых перемычек (рисунок 59), которые располагаются над крышками. Для последовательного соединения аккумуляторов в батарею один конец перемычки сваривают с выводным борном одного аккумулятора, приваренным к мостику, соединяющему положительные электроды, а другой ее конец сваривают с выводным борном соседнего аккумулятора и так далее.

Рис.59. Перемычки

К выводным борнам крайних аккумуляторов батареи приваривают полюсные выводы, которые служат для соединения батареи с внешней электриче­ской цепью. Форма полюсных выводов может быть конусная или в виде проушин с отверстием под болт. Полюсные выводы батареи обозначаются знаком "+" и "-". Для предотвращения неправильного подключения батареи диаметр полюсного вывода конусного типа "+" больше минусового. На зарубежных батареях ориентировка положительного и отрицательного конусных выводов относительно корпуса может быть различной. По российскому стандарту отрицательный (-) должен располагаться справа, положительный (+) слева (если смотреть со стороны выводов).

Для герметизации мест стыка крышки со стенками моноблоков применяется заливочная мастика (75% нефтяного битума и 25% машинного масла), заливаемая при температуре 190-220⁰С.

Аккумуляторные батареи отечественного производства массой более 30 кг (емкостью более 90 Ач) снабжены ручками.

Батареи с общей крышкой.

На долю корпусных деталей у батарей с отдельными крышками и мастикой при­ходится от 15 до 20 % массы батареи. Эбонит - материал с относительно низкой механической прочностью. Поэтому стенки эбонитовых моноблоков имеют толщи­ну 6-8 мм для батарей до 90 Ач и 9-12 мм при емкости более 100 Ач. При замене эбонита на сополимер полипропилена с этиленом удалось снизить толщину стенок в два раза и уменьшить массу корпусных деталей без ухудшения их прочности. Свойства термопластичной пластмассы позволили внести ряд тех­нологических и конструктивных усовершенствований - появилась конструкция с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с этиленом.

Электродные блоки соединены между собой при помощи укороченных межэлементных соединений через отверстия в перего­родках моноблока. Борны соседних аккумуляторов имеют форму трапеции, рас­полагаются около отверстия, предварительно пробитого в перегородке мо­ноблока. При помощи пуансонов клещей сварочной машины при­ложением осевого усилия часть металла борнов выдавливается в отверстие до достижения механического и электрического контакта между соединяемыми деталями внутри отверстия. Затем включается сварочный ток и происходит контактная электросварка борнов которая обеспечивает однород­ную структуру соединения и герметичность между соседними аккумуляторами.

Использование новых конструкций межэлементных соединений позволяет, по сравнению с батареями старой конструкции, снизить электрические потери на соединительных деталях и повысить напряжение стартерного разряда на 0,2-0,3 В. При этом масса свинца в батареях уменьшается на 0,5-3,0 кг в зави­симости от емкости батареи за счет сокращения длины и сечения соединитель­ных токоведущих деталей.

Свойства термопластичной пластмассы позволили применить иной метод герме­тизации батарей с общей крышкой. Герметизация производится методом контактно­тепловой сварки. Между свариваемыми поверхностями вводится металлический электрод, нагретый с помощью электронагревателей до температуры 240-260 °С. При соприкосновении верхней части моноблока и нижней части крышки с нагретым электродом они пла­стифицируются. После отвода электрода из зоны сварки пластифицированные поверхности моноблока и крышки смыкаются, и, под действием вертикально направленного усилия Р, происходит их контактно-тепловая сварка. Сварное соединение обеспечивает надежное сохранение герметичности по периметру бата­реи и между отдельными аккумуляторами в широком диапазоне температур (от -50 °С до +70 °С).