Назначение и устройство автомобильных аккумуляторов

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Оглавление

1. Введение

2. Назначение и устройство автомобильных аккумуляторов

3. Необслуживаемые батареи

4. Признаки и причины неисправности аккумуляторной батареи

5. Загрязнение крышек и мастики

6. Трещины в мастике, крышках и стенках бака

7. Окисление выводов батареи и наконечников стартерных проводов

8. Ускоренный саморазряд аккумуляторов

9. Пониженный уровень электролита в аккумуляторах

10. Пониженная или повышенная плотность электролита

11. Сульфатация электродов

12. Преждевременное разрушение электродов

13. Разрыв цепи в межаккумуляторных перемычках

14. Проверка аккумуляторной батареи

15. Заряд аккумуляторной батареи

16. Регламенты работы по техническому обслуживанию аккумуляторных батарей

17. Заключение

18. Список литературы

Введение

Большая часть неисправностей батареи приводит к снижению ее емкости и срока службы. Вследствие уменьшения емкости батареи при включении стартера, особенно в зимнее время, напряжение батареи резко снижается. В результате уменьшается сила тока в цепи стартера и падает его мощность, что затрудняет пуск двигателя.

Основные эксплуатационные неисправности батарей: загрязнение крышек и мастики; трещины в мастике, крышках и стенах бака; окисление выводов батареи и наконечников стартерных проводов; ускоренный саморазряд аккумуляторов; пониженный уровень электролита в аккумуляторах; повышенная или пониженная плотность электролита; сульфатация электродов; преждевременное разрушение электродов; разрыв цепи в межаккумуляторных перемычках.

Назначение и устройство автомобильных аккумуляторов

Автомобильная аккумуляторная батарея предназначена для электроснабжения стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания и других потребителей электроэнергии при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности. Работая параллельно с генераторной установкой, батарея устраняет перегрузки генератора и возможные перенапряжения в системе электрооборудования в случае нарушения регулировки или при выходе из строя регулятора напряжения, сглаживает пульсации напряжения генератора, а также обеспечивает питание всех потребителей в случае отказа генератора и возможность дальнейшего движения автомобиля за счет резервной емкости. Наиболее мощным потребителем энергии аккумуляторной батареи является электростартер. В зависимости от мощности стартера и условий пуска двигателя сила тока стартерного режима разряда может достигать нескольких сотен и даже тысяч ампер. Сила тока стартерного режима разряда резко возрастает при эксплуатации автомобилей в зимний период (пуск холодного двигателя). Батарея на автомобиле входит в состав не только системы электростартерного пуска, но и других систем электрического и электронного оборудования. После разряда на пуск двигателя, и питание других потребителей батарея подзаряжается от генераторной установки. Частое чередование режимов разряда и заряда (циклирование) - одна из характерных особенностей работы батарей на автомобилях. При большом разнообразии выпускаемых моделей автомобилей и климатических условий их эксплуатации, в массовом производстве батарей наряду с определением оптимальных экономических параметров должное внимание уделяется их унификации, повышению надежности и сроков службы. Надежность и срок службы аккумуляторных батарей находятся в прямой зависимости от технического уровня их конструкций и условий работы на автомобиле. Обычно аккумуляторные батареи на автомобилях после пуска двигателя работают в режиме подзаряда и сконструированы таким образом, чтобы развивать достаточную мощность в кратковременном стартерном режиме разряда при низких температурах. Однако на некоторых видах автомобилей, где установлено электро- и радиооборудование повышенного энергопотребления, аккумуляторные батареи могут подвергаться длительным разрядам токами большой силы. Батареи на таких автомобилях должны быть устойчивы к глубоким разрядам. Условия, в которых работает аккумуляторная батарея, зависят от типа, назначения, климатической зоны эксплуатации автомобиля, а также от места установки ее на автомобиле. Режимы работы аккумуляторной батареи на автомобиле определяются температурой электролита, уровнем вибрации и тряски, периодичностью, объемом и качеством технического обслуживания, параметрами стартерного разряда, силой токов и продолжительностью разряда и заряда при циклировании, уровнем надежности и исправности электрооборудования, продолжительностью работы и перерывов в эксплуатации. Наибольшее влияние на работу аккумуляторных батарей оказывают место размещения и способ крепления батарей на автомобиле, интенсивность и регулярность эксплуатации автомобиля (среднесуточный пробег), температурные условия эксплуатации (климатический район, время года и суток), назначение автомобиля, соответствие характеристик генераторной установки, аккумуляторной батареи и потребителей электроэнергии.

Необслуживаемые батареи

Термином " необслуживаемые" характеризуют стартерные аккумуляторные батареи, не требующие добавления электролита в процессе эксплуатации, обладающие высокими электрическими характеристиками и большим сроком службы по сравнению с обычными батареями. Обычные стартерные свинцовые батареи имеют, достаточно высокие удельные электрические характеристики, однако обладают рядом существенных недостатков. В результате электролиза воды во время эксплуатации свинцовой батареи снижается уровень электролита, что требует периодического (1 -2 раза в месяц) добавления дистиллированной воды. Электролитическое разложение воды происходит при заряде, особенно интенсивно при перезарядах. Кроме того, вода из электролита испаряется при повышенных температурах окружающей среды. Во время перерывов в эксплуатации автомобилей происходит саморазряд (постепенная потеря емкости при длительном бездействии) батареи. В сутки саморазряд может составить 0, 5-0, 8%. В конце срока службы суточный саморазряд батареи может возрасти до 4%. Это приводит к необходимости ежемесячного подзаряда батареи во время хранения батарей, залитых электролитом. Потребность в периодическом добавлении дистиллированной вода и подзарядке батарей при длительном хранении увеличивает объемы обслуживания их в эксплуатации, требует дополнительных затрат на оборудование, инструмент, материалы, соответствующих производственных площадей и квалифицированного персонала. Все эти трудности с обслуживанием батарей усугубляются при длительной эксплуатации автомобилей вне парков. Срок службы свинцовых аккумуляторных батарей ограничивается в основном коррозией решеток электродов. Кроме того, электролиз воды с выделением активного кислорода способствует ускоренной коррозии решеток положительных электродов. Интенсивность электролиза электролита и сопутствующей ему коррозии решеток возрастает при перезаряде повышении температуры и старении батареи. Следовательно, в эксплуатации необходимо принимать специальные меры для ограничения верхнего предела регулируемого напряжения генераторной установки. Следует также иметь в виду, что выделяемая при работе свинцовой аккумуляторной батареи кислородно-водородная смесь взрывоопасна, газы и пары электролита могут вызвать коррозию металлических деталей автомобиля, расположенных рядом с батареей, а вещества, образующиеся при работе батареи, например, стибин (сурьмянистый водород) токсичны. Отмеченные недостатки, характерные для обычных (традиционных) аккумуляторных батарей, связаны с наличием 5-7% сурьмы в сплаве свинца, из которого отливаются решетки электродов. Легирование свинца сурьмой обеспечивает необходимую механическую прочность решеток, что очень важно для автомобильных батарей, работающих в условиях вибрации и тряски. Добавление 5% сурьмы более чем в 2 раза увеличивает твердость решеток и в 3-4 раза сопротивление разрыву. Кроме сурьмы в сплав вводится также 0, 1-0, 2% мышьяка. Это способствует образованию благоприятной кристаллической, структуры сплава и повышает коррозионную стойкость положительных решеток электродов. Выделение водорода при газообразовании происходит на отрицательных электродах, а кислорода - на положительных. Активное газовыделение происходит в основном при заряде, а также при разряде или длительном бездействии аккумуляторной батареи. Газовыделение в процессе разряда и при длительном бездействии связано с реакциями, вызывающими саморазряд батареи. Интенсивность газовыделения зависит от соотношения между величиной фактического напряжения на электроде и напряжением (перенапряжением), при котором начинается газовыделение. Чем больше напряжение на электроде превышает величину напряжения, при котором начинается газовыделение, тем больше выделяется водорода и кислорода. С другой стороны, на напряжение начала газовыделения оказывают влияние различные примеси, содержащиеся в решетках и активной массе пластин.

Сурьма в сплаве положительных пластин способствует более интенсивному выделению кислорода и, одновременно, электрохимическому переносу и отложению сурьмы на поверхности отрицательного электрода. Присутствие даже небольшого количества сурьмы на поверхности отрицательного электрода приводит к заметному росту выделения водорода. Снижение напряжения начала газовыделения до 14, 4 В при наличии сурьмы в решетках пластин является, основной причиной того, что на автомобилях при рекомендуемых уровнях регулируемого напряжения генераторных установок газовыделение начинается до того, как батарея обычной конструкции будет полностью заряжена. Появление необслуживаемых батарей, стало возможным благодаря, применению решеток из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов и свинцово-сурьмянистых сплавов с уменьшенным содержанием сурьмы. Необслуживаемые батареи со свинцово-кальциево-оловянистыми и мало-сурьмянистыми сплавами отличаются не только малыми газовыделением и саморазрядом, но и рядом других преимуществ. Эти батареи можно устанавливать в местах, не требующих удобного доступа для обслуживания. Меньше вероятность выхода их из строя вследствие коррозии решеток электродов. Батареи имеют лучшие зарядные характеристики и характеристики стартерного режима разряда. Срок эксплуатации необслуживаемых батарей без добавления электролита может достигать 400-500 тыс. км пробега автомобиля. Есть определенные трудности изготовления решеток пластин из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов. Кальций в процессе литья выгорает. Поэтому технологически трудно обеспечить очень малое оптимальное содержание кальция (0, 06-0, 09%) в сплаве. Содержание олова составляет 0, 5-1 %. От содержания кальция и олова в сплаве решетки зависят ее прочностные и антикоррозионные свойства. Снижение газовыделения и улучшение механических свойств решеток из свинцово-кальциевых сплавов достигается также добавлением 1, 5% кадмия. Добавлением 1, 25% сурьмы в решетки пластин ограничивается образование нежелательных кристаллов древовидной формы. Из-за технологических трудностей изготовления решеток электродов из сплава свинца, кальция и олова применение нашли батареи с ограниченным объемом обслуживания на основе электродов с пониженным содержанием сурьмы в решетках. Интенсивность газовыделения существенно снижается только при уменьшении содержания сурьмы в сплаве решетки до 2, 5-3%. Но уже при содержании сурьмы ниже 4% резко ухудшаются литейные свойства свинцово-сурьмянистого сплава, снижается механическая прочность решетки, возрастает скорость коррозии электродов. Для сохранения необходимых технологических и эксплуатационных свойств малосурьмянистых сплавов в них добавляют медь (0, 02-0, 05%), серу и селен (до 0, 01 %). На литейных свойствах сплава благоприятно сказывается присадка олова (до 0, 01 %). Лучшие батареи с решетками электродов с малосурьмянистыми сплавами, содержащими другие легирующие добавки практически являются необслуживаемыми, хотя имеют несколько худшие показатели саморазряда по сравнению с батареями, в которых решетки выполнены из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов. Такие батареи также имеют достаточно высокий срок службы и малочувствительны к глубоким разрядамВ отечественных необслуживаемых батареях по сравнению с обычными батареями содержание сурьмы в сплаве решеток электродов уменьшено в 2-3 раза. Это повысило напряжение начала выделения водорода и кислорода и обеспечило подзаряд батареи без газовыделения практически во всем диапазоне регулируемого напряжения генераторных установок автомобилей. Примерно в 5-6 раз снизилась интенсивность саморазряда батареи (до 0, 08-0, 1 % в сутки). Необслуживаемые батареи могут выпускаться в герметичном исполнении и не имеют пробок заливных горловин. В этом случае степень разряженности батареи нельзя определить по плотности электролита. В зимнее время возникает опасность замерзания электролита разряженной батареи. Поэтому на герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи устанавливают индикаторы заряженности. При уменьшении степени заряженности ниже определённого уровня меняется цвет видимого пятна индикатора.

Производственные дефекты

Разрушение электрода от короткого замыкания в результате повреждения сепаратора при сборке.

Низкие сепараторы-конверты, приводящие к короткому замыканию.

Не полностью формированная активная масса электрода.

Электрод без осыпавшейся активной массы

Дефект	Признаки	Возможная причина
Разрыв электрической цепи внутри АКБ	Напряжение на выводах батареи есть, но стартер не вращается	Разрушение мостиков* между банками. Плохая сварка полюсных клемм и т. п.
Короткое замыкание между положительными и отрицательными электродами (пластинами)	В дефектной банке плотность ниже, чем в остальных. При заряде зарядным устройством дефектная банка не " кипит". При работе стартера в банке происходит интенсивное газовыделение	Повреждение сепаратора или неправильное его размещение в процессе сборки (фото 5). Низкое качество материала сепаратора или отклонение его размеров от допустимых (фото 6). Перекос электродов
Недоформованная активная масса электродов	Полностью заряженная батарея не может обеспечить более двух – трех пусков двигателя, а при заряде и разряде интенсивно " кипит"	Нарушена операция формования – процесс заряда электродов
Отрыв электродов (пластин) от соединительных мостиков	При работе стартера электролит в такой банке " кипит". При бездействии батареи плотность электролита не снижается

Если гарантийный срок не истек и есть подозрение, что неисправность батареи появилась по вине производителя, необходимо обратиться в специализированную мастерскую. При этом надо иметь кассовый или товарный чек, а также гарантийный талон с датой продажи и наименованием организации-продавца. К тому же обязательно, чтобы в нем были указаны характеристики батареи на момент продажи — плотность электролита, напряжение на выводах без нагрузки и т. д. Это поможет проведению экспертизы. В мастерской должны установить причину неработоспособности АКБ или снижения ее характеристик. Результаты исследования батареи заносят в гарантийный талон, и если дефект производственный — АКБ подлежит замене на новую.

Сульфатация электродов

Это явление заключается в образовании крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца (сульфата) на поверхности электродов и на стенках пор активного вещества. Кристаллы сульфата забивают поры активного вещества плюсовых и минусовых электродов, что препятствует проникновению электролита в глубь активного вещества. В результате не все активное вещество будет участвовать в работе, что снизит емкость аккумулятора.

Сульфатация электродов ускоряется при длительном хранении батареи без подзаряда, длительном хранении новых сухозаряженных батарей, повышенной плотности электролита, большом разряде, соприкосновении электродов с воздухом при пониженном уровне электролита. Сульфатированная батарея из-за малой емкости быстро разряжается при резком падении напряжения, особенно при включении стартера.

При заряде сульфатированной батареи быстро повышается напряжение и температура электролита и начинается бурное газовыделение, в то время как плотность электролита повышается незначительно, поскольку часть серной кислоты остается связанной в сульфате. Сульфатацию электродов определяют сравнением ЭДС, подсчитанной по плотности, с напряжением, измеренным вольтметром без нагрузки. Если замеренное напряжение будет больше ЭДС, подсчитанной по плотности, электроды аккумулятора сульфатированны. Сульфатацию устраняют несколькими циклами разряда-заряда при малой плотности электролита (1, 11 – 1, 12 г/см3 ). Заряд производят силой тока не более 0, 05С А (С – номинальная емкость батареи в ампер-часах), доводят плотность электролита до нормы, а затем проводят контрольный разряд батареи силой тока 0, 1С. Схема включения батареи и приборов при контрольном разряде приведена на рис. 5. Силу тока в цепи регулируют реостатом. Разряд заканчивают, когда на зажимах одного из наихудших аккумуляторов напряжение понизится до 1, 7 В (или 10, 2 В на батарее). Батарея считается исправной, если время разряда будет не менее: 7, 5 ч для батарей с плотностью 1, 29г/см3; 6, 5 ч – для 1, 27г/см3; 505 ч – для 1, 25 г/см3.

Если время разряда батареи будет меньше указанных значений, то такую батарею подвергают нескольким циклам заряда-разряда, контролируя время разряда. Если при повторных разрядах не увеличивается время разряда, то такая батарея требует ремонта. Годные батареи заряжают в обычном порядке и направляют для эксплуатации или на склад хранения.

Контрольный разряд также производят для определения годности работавших батарей к дальнейшей эксплуатации и перед постановкой батарей на длительное хранение.

Заключение

В данной работе мы рассмотрели основные причины неисправности аккумуляторных батарей и способы их устранения. Но следует также отметить, что современные аккумуляторные батареи не подлежат ремонту, а приспособлены только к циклу заряд-разряд. А с нарушением рабочих характеристик подлежат утилизации.

Список литературы

1. http: //www.bestreferat.ru/referat-105299.html

2. Тимофеев Ю. Л., Тимофеев Н. Л., Ильин Н. М. Электрооборудование автомобилей: Устранение и предупреждение неисправностей. – М.: Транспорт, 2000. – 301 с

3. Барабанов В. Е., Василявский В. Л., Левин С. М. Электрооборудование тракторов и автомобилей. М.: Колос, 1974. – 213 с.