Материал: Требования предъявляемые к конструкциям устройствам и принципу работы аккумуляторной батареи

Требования предъявляемые к конструкциям устройствам и принципу работы аккумуляторной батареи

Министерство образования иркутской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Иркутской области

Иркутский колледж автомобильного транспорта и дорожного строительства

Специальность 050501: Профессиональное обучение (автомобильный транспорт: техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта)

Курсовая работа

Тема:

Требования, предъявляемые к конструкциям устройствам и принципу работы аккумуляторной батареи

Тюкавкин Андрей Юрьевич

Руководитель: А.Н. Ловцов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Теоретические основы аккумуляторной батареи

1.1 Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

1.2 Требования, предъявляемые к аккумуляторным батареям

1.3. Эксплуатация аккумуляторной батареи

Вывод по главе 1

Глава 2. Конструкция аккумуляторной батареи

.1 Моноблоки, крышки, пробки

.2 Межэлементные перемычки, выводы

2.3 Сепараторы

Вывод по главе 2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Производители аккумуляторных батарей делают все возможное, чтобы пользователь мог избежать любых проблем, связанных с нарушениями режима их использования. Поэтому батареи таких производителей - это не просто сборка из аккумуляторов, соединенных перемычками, но и разные дополнительные элементы: плавкие предохранители, предохранители многократного действия, термисторы, термовыключатели и многое другое.

Аккумуляторная батарея (далее по тексту АКБ) автомобиля, обеспечивает питание всех энергопотребителей до запуска двигателя автомобиля, на стоянке [1]. Кроме того, аккумулятор "подключается к работе" и тогда, когда генератор не в состоянии выдать ток, необходимый для нормального питания потребителей.

От аккумуляторной батареи зависит работа не только вспомогательных приборов установленных на автомобиле, но и непосредственное энергообеспечение тех узлов, которые отвечают за запуск и работу двигателя. Поэтому иметь правильно подобранную, по всем параметрам, аккумуляторную батарею, на борту вашего автомобиля, которая соответствовала бы эксплуатационным характеристикам очень важно. Здесь сразу приходит на ум сценка из фильма "Берегись автомобиля", с севшим аккумулятором. И если в кино все смотрится наивно и даже сюжетно-привлекательно, то в настоящей жизни ирония будет уже не уместна.

Автомобильный аккумулятор является важным элементом электрооборудования - наряду с генератором выступает источником тока. В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет несколько функций:

питание стартера при запуске двигателя;

питание потребителей при выключенном двигателе;

питание потребителей в дополнение к генератору при включенном двигателе.

При совместной работе с генератором аккумуляторная батарея обеспечивает переходные процессы, требующие большого тока, а также сглаживает пульсацию тока в электрической сети.

Правильная эксплуатация любого типа АКБ обеспечивает его долгую и надежную работу, что не только позволяет экономить финансы, но и гарантирует большую безопасность и комфорт при езде на автомобиле [2].

Цель исследования: Изучение принципа работы, конструкции и устройства аккумуляторной батареи.

Задачи исследования:

) Рассмотреть теоретические основы аккумуляторной батареи

) Изучить принцип работы аккумуляторной батареи

) Определить основные составляющие аккумуляторной батареи

Объект исследования: конструкция, устройство и принцип работы аккумуляторной батареи.

Предмет исследования: требования к работе аккумуляторной батареи.

Методы исследования: теоретический анализ технической литературы, практический разбор конструкции.

Глава 1. Теоретические основы аккумуляторной батареи

1.1    Устройство и принцип работы аккумуляторной батареи

Базовый принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора (АКБ), определяемый термином «двойная сульфатация», был разработан (изобретен) более полутора веков назад в районе 1860 года и с тех пор никаких принципиальных новшеств не претерпел. Появилось достаточное количество специализированных моделей, но устройство аккумулятора выпущенного вчера в Японии или производимого сегодня в России или в Германии, такое же, как и устройство самой первой батареи собранной «на коленке» во Франции, с неизбежными улучшениями и оптимизацией.

АКБ в обычном автомобиле предназначен для работы стартера при запуске двигателя и для устойчивого снабжения заданного вольтажа электроэнергией, многочисленного электрооборудования [3]. При этом роль автомобильного аккумулятора, как «энергетического буфера», при недостаточном поступлении энергии от генератора не менее важна. Типичный пример подобного режима - при работе двигателя на холостых оборотах во время стоянии в пробке. В такие моменты весь электропакет и дополнительное сервис-оборудование запитаны только от аккумулятора. Критически важна роль кислотного аккумулятора при аварийных форс-мажорах: поломка генератора, регулятора напряжения, выпрямителя тока, при обрыве ремня генератора.

Устройство кислотной АКБ (свинцово-кислотного) различного назначения, от разных производителей отличается не принципиально и в тезисной форме выглядит следующим образом:

1. пластиковый контейнер-корпус из инертного, устойчивого к агрессивной среде материала;

2.      в общем корпусе располагается несколько модулей-банок (как правило шесть), которые являются полноценными источниками тока и соединяются между собой тем или иным способом в зависимости от основных задач;

.        в каждой банке располагаются плотные пакеты, состоящие последовательно из разделенных диэлектрическими сепараторами отрицательно и положительно заряженных пластин (свинцовый катод и анод из диоксида свинца соответственно). Каждая пара пластин является источником тока, их параллельное соединение кратно увеличивает выдаваемое на напряжение;

4. пакеты залиты раствором химически чистой серной кислоты, разбавленной до определенной плотности дистиллированной водой.

В процессе работы кислотного аккумулятора на катодных пластинах образуется сульфат свинца и выделяется энергия в виде электрического тока [4]. За счет выделяемой в процессе электрохимической реакции воды плотность кислотного электролита падает, он становится менее концентрированным. При подаче напряжения на клеммы в процессе зарядки происходит обратный процесс с восстановлением свинца до металлической формы и повышается концентрация электролита.

Устройство щелочной батареи аналогично таковому у кислотного. Но положительно и отрицательно заряженные пластины имеют другой элементный состав, а в качестве электролита используется раствор едкого кали определенной плотности. Есть и другие отличия - в самом корпусе контейнера, выводе клемм и в наличии мелкосетчатой «рубашки» вокруг каждой отдельной пластины.

Отрицательные катоды традиционного щелочного аккумулятора выполнены из губчатого кадмия с примесью губчатого железа, положительные - из гидроокиси трехвалентного никеля с добавлением чешуйчатого графита, добавка которого, обеспечивает лучшую электропроводность катода. Пары пластин параллельно соединяются между собой в банках, которые тоже соединены параллельно. В процессе зарядки щелочного аккумулятора двухвалентный никель в гидрате закиси меняет валентность до значения «8» и превращается в гидрат окиси; соединения кадмия и железа восстанавливаются до металлов [5]. При разрядке процессы противоположны.

К достоинствам щелочного типа относятся:

·    внутреннее устройство обеспечивает повышенную устойчивость к механическим нагрузкам, в том числе к тряске и ударам;

·              разрядные токи могут быть значительно выше, чем у кислотного аналога;

·              в принципе отсутствует испарение/выделение вредных веществ с газами;

·              легче и меньше при равных емкостях;

·              имеют очень высокий ресурс и служат в 7-8 раз дольше;

·              для них не является критичными перезаряд или недозаряд;

·              эксплуатация их проста.

По достижении максимального возможного заряда и при продолжении подключения к зарядному устройству никаких отрицательных электрохимических процессов с элементами не происходит. Просто начинается электролиз воды на водород и кислород с ростом концентрации едкого кали и падением уровня электролита, что безопасно и легко компенсируется добавлением дистиллированной воды.

Рис. 1 Аккумуляторная батарея

Очевидно, что имеются показатели, по которым этот тип аккумуляторов хуже кислотного:

·    использование дорогостоящих материалов повышает стоимость на единицу емкости до четырех раз;

·              более низкое - 1,25В против 2 и выше В - напряжение на элементах [6].

1.2    Требования предъявляемые к аккумуляторным батареям

Учитывая сложные условия работы, к автомобильным аккумуляторным батареям предъявляется ряд требований, выполнение которых обеспечивает их высокую эксплуатационную надежность. В перечне этих требований высокая механическая прочность, работоспособность в широком диапазоне температур и разрядных токов, малое внутреннее сопротивление, небольшие потери энергии при длительном бездействии (малый саморазряд), необходимая емкость при небольших габаритных размерах и массе, достаточный срок службы, малые затраты труда и средств на техническое обслуживание.

Батареи должны иметь достаточный запас энергии для осуществления надежного пуска двигателя при низких температурах, для питания потребителей электроэнергии на автомобиле в случае выхода из строя генераторной установки, а также для других нужд, возникающих в аварийных ситуациях.

Батареи обычной конструкции и с общей крышкой должны быть механически прочными при испытании в следующем режиме:

ускорение, м/с2 - 147 (15g)

длительность импульсов, (только в вертикальном направлении) 2-15

ориентировочное число ударов в минуту - 40÷80.

После испытаний батареи должны иметь нормированную продолжительность стартерного разряда, не должны иметь поврежденных деталей и следов электролита на своей поверхности.

Необслуживаемые батареи и батареи с общей крышкой должны быть вибропрочными при кратковременном испытании при ускорении 5g с частотой до ЗО Гц [7]. Вибрационная нагрузка в местах установки аккумуляторных батарей не должна превышать 1,5g (ускорение 14,7 м/с²) в диапазоне частот до 60 Гц. Допускается кратковременная вибрационная нагрузка 5g (ускорение 49 м/с²) с ориентировочной частотой до З0 Гц.

Аккумуляторные батареи должны выдерживать испытание на герметичность на выводах и в стыках между моноблоком и крышками при давлении, повышенном или пониженном на (20±1,З3) кПа по сравнению с нормальным атмосферным. Герметизирующие материалы должны быть стойкими к воздействию температур в пределах от -40 до 160°С, а сварные швы - в пределах от -50 до 60°С.

Полная герметичность аккумуляторных батарей с решетками электродов из свинцово-сурьмянистых сплавов невозможна вследствие выделения газов как во время работы, так и при хранении.

Стартерные свинцовые аккумуляторные батареи должны быть работоспособными при температуре окружающего воздуха от - 40 до 60°С (батареи обычной конструкции) и от -50 до 60°С (батареи с общей крышкой и необслуживаемые). Рабочая температура электролита не должна превышать 50°С.

Следует обеспечить свободный доступ к аккумуляторной батарее для осмотра и технического обслуживания. Техническое обслуживание батареи должно быть минимальным по объему, не требовать от водителей и обслуживающего персонала высокой квалификации (специальной подготовки), использования сложного и дорогостоящего оборудования.

Важное требование к стартерным аккумуляторным батареям - минимальное внутреннее сопротивление и внутреннее падение напряжения при больших токах разряда в стартерном режиме [8]. Батареи должны выдерживать кратковременные разряды стартерными токами большой силы без разрушения пластин и ухудшения характеристик при дальнейшей эксплуатации.

Срок службы стартерных аккумуляторных батарей должен быть близким или кратным срокам межремонтного пробега автомобиля.

1.3    Эксплуатация аккумуляторной батареи

Подзарядка свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора в штатном режиме производится от генератора. При интенсивной работе батареи требуется ее дополнительная подзарядка в стационарных условиях через специальное зарядное устройство. Особенно это актуально в зимнее время, когда возможность холодной батареи принимать заряд резко снижается, а потребление энергии на раскрутку мотора на морозе возрастает. Поэтому зарядку автомобильного АКБ необходимо проводить в тепле после его согревания естественным образом.

Ускорение согревания батареи горячей водой или феном недопустимо, так как реально разрушение пластин вследствие резкого перепада температур. При опадении наполнителя на дно банок, резко возрастает возможность саморазряда за счет замыкания пластин. Для так называемых «кальциевых» аккумуляторов, недопущение полного или значительного разряда критически важно, потому что ресурс этого типа батарей ограничен 4-5 циклами полной разрядки, после чего аккумулятор приходит в негодность.

В современных гибридных автомобилях и в электромобилях аккумуляторная батарея имеет повышенные размеры и емкость, обеспечивая движение. Их так и называют - тяговые. В «чистых» электромобилях только аккумуляторы являются поставщиком энергии для движения и работы всего электрооборудования, отчего имеют значительные размеры и в разы большую емкость, чем батарея в «классическом» автомобиле с карбюраторным двигателем. Например: танковые, тепловозные, на подводных лодках и так далее [9]. Хотя принцип кислотного аккумулятора во всех случаях одинаков за исключением размеров.

В процессе эксплуатации автомобиля в аккумуляторной батареи могут возникнуть следующие неисправности:

Сульфатация пластин, ускоренный саморазряд, короткое замыкание, утечка электролита, окисление полюсных штырей.

Сульфатация пластин. В результате систематического недозаряда, длительного хранения незаряженной аккумуляторной батареи с электролитом, заряда батареи ниже допустимого предела, понижения уровня или увеличения плотности электролита на пластинах образуется белый налет из крупных кристаллов сернокислого свинца, называемый сульфатом. Сульфатированные пластины перестают участвовать в химической реакций.

Ускоренный саморазряд батареи при ее эксплуатации и хранения возникает вследствие образования в активной массе пластин местных токов. Местные токи появляются при возникновении электродвижущей силы между окислами активной массы и решеткой пластин.

Кроме того, при длительном хранении аккумуляторной батареи плотность электролита в нижних слоях становиться больше, чем в верхних. Это приводит к появлению разности потенциалов и возникновению уравнительных токов на поверхности пластин.

Причинами ускоренного саморазряда могут быть: загрязнения поверхности батареи; применения для доливки обычной воды; попадания внутрь металлических частиц и других веществ.