Конструкция аккумуляторной батареи

Что такое аккумуляторная батарея?

Свинцовая стартерная аккумуляторная батарея (АКБ) - вторичный источник электрической энергии. Это значит, что после глубокого разряда её работоспособность можно полностью восстановить при помощи заряда - пропускания электрического тока в направлении, обратном тому, в котором протекал ток при разряде.

Работает АКБ по принципу превращения электрической энергии в химическую (при заряде) и обратном превращении - химической энергии в электрическую (при разряде). Активные вещества заряженного свинцового аккумулятора, принимающие участие в токообразующем процессе:

• на положительном электроде - двуокись свинца темно-коричневого цвета;
• на отрицательном электроде - губчатый свинец серого цвета.

Электролит - водный раствор серной кислоты плотностью 1,28 г/см3, который, как и активная масса электродов, принимает участие в токообразующем процессе.

В процессе разряда активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца (белого цвета). При этом плотность электролита снижается к концу разряда до 1,08-1,10 г/см3.

Сегодня наиболее распространены автомобильные АКБ номинальным напряжением 12 В. Их ёмкость составляет от 35 до 230 А-ч.

Устройство и виды аккумуляторов

У свинцовых стартерных батарей в зависимости от исполнения свои конструктивно-технологические особенности, однако, в их устройстве много общего. Все они содержат разноименные электроды, разделенные сепараторами, которые помещают в сосуд, заполненный электролитом.

В зависимости от применяемых при производстве материалов и используемых конструктивных, технологических и эксплуатационных особенностей, современные батареи можно подразделить на два основных вида:

классического исполнения и необслуживаемого исполнения.

Классическое (традиционное) исполнение

В России батареи традиционного исполнения выпускают как в моноблоках с отдельными крышками, герметизируемыми битумной мастикой, так и в моноблоках с общей крышкой, герметизируемой контактно-тепловой сваркой.

Аккумуляторные батареи с отдельными крышками собирают в одном многоячеечном корпусе - моноблоке, выполненном из эбонита или другой кислотостойкой пластмассы, разделенном перегородками на отдельные камеры-ячейки (банки), по числу аккумуляторов в батарее. В каждую из ячеек помещен блок, состоящий из чередующихся положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами. Он представляет собой отдельный аккумулятор напряжением 2 В. Борн, служащий наружным токоотводом аккумулятора, последовательно соединяет соседние аккумуляторы между собой в батарею. К выводным борнам крайних аккумуляторов батареи приваривают полюсные выводы, служащие для соединения батареи с внешней электрической цепью. Положительный и отрицательный выводы имеют разный диаметр, что позволяет исключить возможность переполюсовки при подключении АКБ к бортовой цепи автомобиля. Каждый аккумулятор после установки электродного блока в камеру-ячейку моноблока закрывают сверху отдельной крышкой. В ней выполняют по два отверстия с втулками для выводных борнов электродного блока. Между ними расположено резьбовое отверстие для заливки электролита и периодического обслуживания аккумулятора в процессе эксплуатации.

Также существуют аккумуляторные батареи с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с этиленом. В моноблоке устанавливаются электродные блоки, состоящие из разноимённых электродов, разделенных сепараторами. Эти блоки разделены между собой при помощи укороченных межэлементных соединений. Крышка сделана единой на все шесть аккумуляторов батареи.

Необслуживаемое исполнение

Недостатки традиционных свинцовых батарей обусловлены тем, что содержащаяся в сплаве положительных токоотводов сурьма постепенно, по мepe их коррозии, через раствор переходит на поверхность отрицательного электрода. Осаждение большого количества сурьмы на поверхности отрицательно активной массы снижает напряжение на электродах батареи, при котором начинается разложение воды на водород и кислород. По мере развития технологий и совершенствования оборудования, появилось несколько разновидностей батарей так называемого “необслуживаемого” исполнения. Такие батареи не требуют доливки воды. Их основная отличительная особенность - использование сплавов с пониженным содержанием сурьмы или вовсе без нее для производства токоотводов. Усовершенствование конструкции при создании необслуживаемых АКБ заключается еще и в том, что дпя увеличения запаса электролита без изменения высоты батареи, один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового материала с низким электросопротивлением. В этом случае замыкание электродов различной полярности, при отсутствии сбоев в работе сборочного оборудования, практически исключено.

Первоначально такие батареи начали выпускать на базе свинцово-кальциевого сплава (0,07-0,1% Са; 0,1-0,12% Sn; остальное - Pb) для токоотводов, положительного и отрицательного электродов. Это снизило газовыделение, что обеспечило эксплуатацию АКБ без доливки воды в течение как минимум двух лет. Расход воды у этих батарей так мал, что конструкторы убрали из крышек отверстия для доливки воды и сделали батареи полностью необслуживаемыми. При этом саморазряд батарей замедлился более чем в 6 раз. Однако при нескольких глубоких разрядах такие АКБ быстро теряют емкость и их стартерные характеристики резко снижаются.

Немного позже появились батареи системы «кальций плюс» (гибридные) с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном токоотводе и свинцово-кальциевым отрицательным токоотводом. Характеристики этих батарей по расходу воды и саморазряду: вдвое лучше, чем у малосурьмяных, но все ещё не такие хорошие, как у свинцово-кальциевых. В последние годы началось производство батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с добавкой новых легирующих компонентов, в том числе серебра, которые не боятся глубоких разрядов.

Следует отметить, что эксплуатация батарей без отверстий для доливки воды требует более точной работы системы энергоснабжения автомобиля, а также более внимательного отношения автовладельцев к состоянию и исправной работе электрооборудования. В первую очередь это касается натяжения ремня привода генератора и исправности самого генератора, а также регулятора напряжения. Отрицательно сказывается на состоянии батарей последнего поколения и наличие утечек тока в системе электрооборудования или сигнализации.

Типовая маркировка аккумуляторных батарей

На каждой батарее в соответствии с требованиями международных стандартов должна быть маркировка, содержащая информацию о её напряжении, номинальной емкости, назначении и конструктивном исполнении. Условное обозначение батарей, применяемое большинством европейских производителей, представляет собой пятизначный код по немецкому стандарту DIN (например 560 19) или девятизначный код по международному стандарту ETN (например 560 059 042). В структуре кодов как по DIN, так и по ETN, значение первых трех цифр одинаково. Они показывают номинальную емкость и напряжение батареи. Для 6-вольто-вых батарей первые три цифры (от 001 до 499) представляют собой номинальную емкость в ампер-часах. Для наиболее распространённых 12-вольтовых АКБ номинальную емкость можно получить, вычитая 500 из трёхзначного числа (от 501 до 799). Таким образом, если первая цифра обозначения равна 5, то емкость батареи от 1 до 99А-ч, если 6 - от 100 до 199А-Ч, а если 7 -от 200 до 299 А-ч.

Например, батареи типа 560 19 (по DIN) или 560 059 042 (по ETN) имеют емкость 60 А-ч. Последние две цифры в обозначении по DIN, также как вторая тройка цифр в обозначении по ETN, указывают на вариант конструктивного исполнения, характеризующий размеры и тип полюсных выводов, конструкцию крепежных элементов, тип газоотвода, тип крышки, наличие ручек, вибропрочность и т.п.

Число из трех последних цифр в обозначении по ETN составляет 0,1 от величины тока холодной прокрутки по EN. Для приведенного выше примера ток холодной прокрутки равен: I = 042х10=420 А. Для сопоставительного пересчета величины тока по EN в DIN применяют коэффициент 1,7: I EN = 1,7 * I DIN.

Кроме вышеуказанных обозначений маркировка батареи должна содержать следующие данные:

• товарный знак завода-изготовителя;
• номинальная емкость в Ампер-часах (А-ч или Ah);
• пусковой ток - ток холодной прокрутки при-18°С в Амперах (А);
• номинальное напряжение в Вольтах (В или В V);
• дата изготовления (две цифры - месяц, две цифры - год изготовления);
• масса батареи в состоянии поставки с завода;
• «+» и «-» - знаки полярности;
• предупреждающие знаки, например: опасно-едкое вещество, не курить, не кантовать, не давать детям и т.п.;
• уровень залитого электролита (min, max или другие обозначения предельных уровней).

Вся маркировка, предусмотренная требованиями стандартов, наносится на корпус или крышку батареи одним из двух методов:

• шелкография, то есть нанесение краски по специальному трафарету;
• самоклеющиеся этикетки.

В обоих случаях маркировка должна быть четкой и прочной при воздействии на неё влаги и аэрозолей электролита и сохраняться в течение всего срока эксплуатации батареи.