3.2. Аккумуляторные батареи

Аккумуляторная батарея является источником электрического тока при неработающем двигателе внутреннего сгорания. Она должна обеспечить необходимым током все возможные потребители. Наибольшую силу тока при неработающем двигателе потребляет стартер — 300…500 А. На автобусах применяются в основном кислотно свинцовые аккумуляторные батареи. Такие батареи позволяют запасать электрическую энергию, превращая ее в химическую, и отбирать электрическую энергию к потребителям,превращая запасенную химическую энергию в электрическую. Простая аккумуляторная батарея представляет собой положительный и отрицательный электроды, помещенные в электролит. Положительный электрод представляет собой решетку из свинцового сплава, заполненную диоксидом свинца (PbO2). Отрицательный электрод также представляет собой решетку из свинцового сплава, однако данная решетка заполнена губчатым свинцом (Pb). Отрицательный и положительный электроды разделены сепаратором из кислотостойкого пористого материала — мипора, мипласта или поровинила. Наличие сепаратора исключает возможность короткого замыкания электродов. В качестве электролита применяют 28…40 %-ный раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Плотность электролита в этом случае составляет 1,27 г/см3. В результате взаимодействия свинцовых электродов с серной кислотоц электролита образуется сульфат свинца (PbSO4), оседающий на электродах. Плотность электролита при этом снижается. Минимальная допустимая плотность исправной батареи составляет 1,22 г/см3. При приложении электрического напряжения к выводам электродов в электролите происходит электрохимическая реакция, вследствие которой сульфат свинца и дистиллированная вода распадаются на диоксид свинца (РbO2), чистый свинец (Рb) и серную кислоту (H2SO4). Диоксид свинца осаждается на положительном электроде, чистый свинец — на отрицательном, а серная кислота растворяется в электролите. Батарея заряжается, превращая приложенную электрическую энергию в накопленную химическую. Плотность электролита при этом повышается до номинального значения. При подсоединении к выводам батареи внешних потребителей во внешней цепи течет электрический ток и происходит разряд батареи. При этом накопленная химическая энергия переходит в отдаваемую электрическую, на положительном и отрицательном электродах осаждается получаемый в процессе химической реакции сульфат свинца и в электролит выделяется вода, уменьшая при этом плотность электролита.

Таким образом, плотность электролита может служить критерием степени разряда аккумуляторной батареи.

Формула электрохимических преобразований в батарее имеет следующий вид:

Формула электрических преобразований

Конструкция аккумуляторной батареи (12 В) показана на рис. 3.1.

Конструкция необслуживаемой аккумуляторной батареи в полипропиленовом моноблоке с общей крышкой

Рис. 3.1 Конструкция необслуживаемой аккумуляторной батареи в полипропиленовом моноблоке с общей крышкой: 1 – положительный токоотвод; 2 — положительный электрод: 3 — положительный электрод в конверте-сепараторе; 4 — отрицательный токоотвод; 5 – отрицательный электрод; 6 — блок положительных электродов; 7 — межэлементное соединение (борн); 8 – крышка батареи (общая); 9—ручка; 10 — моноблок; 11 — выводной борн; 12 — блок электродов в сборе; 13 —блок отрицательных электродов

В корпусе (моноблоке) 10 из пластмассы на ребрах установлены шесть гальванических элементов. Наличие ребер необходимо для исключения возможности замыкания пластин осыпающимся в процессе эксплуатации их материалом. Положительные и отрицательные электроды каждого гальванического элемента объединены общими межэлементными соединениями (борнами) 7. В необслуживаемых аккумуляторных батареях отсутствуют резьбовые пробки, так как в процессе эксплуатации не требуется доливка электролита или дистиллированной воды.

Маркировка аккумуляторных батарей. Первая цифра в маркировке 6СТ-55АМЗ означает число гальванических элементов. Буквы СТ в маркировке означают, что данная батарея может использоваться для пуска двигателя электрическим стартером. Затем идут буквы или цифры дополнительной информации об исполнении батареи (при необходимости) и применяемых для ее изготовления материалах, например: А — с общей крышкой, буква 3 — залитая и полностью заряженная, слово «необслуживаемая» — для батарей, соответствующих требованию ГОСТ по расходу воды, Э — корпус-моноблок из эбонита, Т — моноблок из термопластичной пластмассы, М — сепаратор типа мипласт из поливинилхлорида, П — сепаратор-конверт из полиэтилена.

Например, «6СТ-55АМ» означает, что батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов (следовательно, ее напряжение 12 В), стартерная, номинальной емкостью 55 А/ч, изготовлена в моноблоке с общей крышкой с сепаратором типа мипласт и поставляется сухозаряженной.

Условное обозначение «6СТ-55АМЗ необслуживаемая» указывает, что батарея имеет все параметры по напряжению, назначению, емкости и конструктивному исполнению, аналогичные вышеупомянутой, выпускается в необслуживаемом исполнении (с уменьшенными расходом воды и саморазрядом) и поставляется залитая электролитом и полностью заряженная.

Большой городской автобус ЛиАЗ-5256 снабжается двумя последовательно соединенными батареями 6СТ-190ТР. Каждая из батарей имеет напряжение 12 В, последовательное их соединение обеспечивает бортовое напряжение 24 В. Материал моноблока — термопласт, материал сепаратора — мипор.

Основные показатели аккумуляторных батарей. В число основных показателей батарей входит следующее:

• емкость батареи, измеряемая в ампер-часах. На современных автобусах применяют батареи емкостью 55…190 А/ч. Цифры, указывающие емкость батареи в ее маркировке, означают запас энергии при разряде батареи номинальной силой тока. Под номинальной понимается сила тока, соответствующая 20-часовому разряду батареи. При увеличении величины силы тока емкость батареи уменьшается. Так, для батареи 6СТ-75 номинальная сила тока 3,75 А. При этом емкость батареи составляет 75 А/ч. При увеличении разрядной силы тока до 250 А емкость батареи уменьшается до 25 А-ч. Заряд следует производить номинальным током;

• номинальное напряжение, измеряемое в вольтах, определяется количеством последовательно соединенных гальванических элементов. Как уже было сказано, подавляющее большинство аккумуляторных батарей современных автобусов имеют номинальное напряжение 12 В. При необходимости обеспечения напряжения 24 В применяют две последовательно соединенные батареи по 12 В. Номинальное напряжение определяет потенциальные электродвижущие возможности батареи.

Это напряжение часто называют электродвижущей силой (ЭДС). Используемое для питания потребителей напряжение батареи определяется не только числом гальванических элементов, но и внутренним сопротивлением самой батареи. Таким образом, используемое для внешних потребителей напряжение определяется как разность ЭДС и потери напряжения в самой батарее. Потеря напряжения равна произведению силы тока разряда на внутреннее сопротивление батареи:

U = Е – IR,

где: U — напряжение во внешней цепи, В; Е — электродвижущая сила, В; I — сила тока разряда, A; R — внутреннее сопротивление батареи, Ом.

Внутреннее сопротивление батареи зависит от степени ее заряженности. С увеличением степени заряженности внутреннее сопротивление падает. ЭДС не зависит от степени заряженности батареи. Таким образом, измерение потенциальных возможностей батареи (напряжение, создаваемое при имеющейся внешней нагрузке) следует производить при наличии в измерительном вольтметре добавочного сопротивления (нагрузочная вилка). Простой вольтметр без добавочного сопротивления при измерении напряжения батареи с шестью гальваническими элементами при любой степени разряженности покажет 12 В.