Аккумуляторные батареи

Аккумуляторная батарея была изобретена в 1860 году французом Гастоном Планте. С тех пор прошло почти 140 лет, однако ничего лучшего, чем свинцовая аккумуляторная батарея пока не изобретено. Усовершенствована только её конструкция. Щелочной аккумуляторный элемент (изобретённый в 1900 году Томасом Эдисоном) повышенное внутреннее сопротивление и поэтому характеристики их стартерного режима хуже. В настоящее время на автомобилях повсеместно применяются свинцовые аккумуляторные батареи.

Батарея состоит из набора последовательно включенных аккумуляторов с напряжением каждого из них около 2-х Вольт. Суммарное напряжение такой батареи составляет примерно 12 Вольт (в зависимости от степени зарядки). Каждый элемент батареи имеет положительные и отрицательные пластины, погруженные в сернокислый электролит. Активная масса, состоящая в полностью заряженном аккумуляторе на положительных пластинах из перекиси свинца, РЬО₂, а на отрицательных - из чистого губчатого свинца РЬ, при разрядке элемента переходит в сернокислый свинец PbSO₄. Эта схема показывает, что при разрядке в электролите поглощается серная кислота и выделяется вода, вследствие чего плотность электролита уменьшается. При зарядке, наоборот, благодаря поглощению воды и выделению серной кислоты плотность электролита повышается. Изменение плотности электролита при разрядке и зарядке служит одним из признаков, по которым в эксплуатации определяют степень разрядки аккумулятора.

Батареи набираются из пластин, основой которых является решетка, отлитая из свинца с примесью 6-7% сурьмы. Сурьма добавляется для повышения механической прочности и увеличения текучести сплава при заливке формы. Активная масса изготовляется из свинцового порошка, окисляющегося при размоле; в активную массу положительных и отрицательных пластин вводятся различные добавки, предназначенные для увеличения пористости готовых пластин. Порошкообразные составные части замешиваются с серной кислотой и образуют пасту, которая вмазывается в ячейки решетки. Намазанные пластины подсушиваются и затем «формируются» в электролитической ванне. При формировании активная масса пластин превращается на положительных пластинах в перекись свинца PbO₂, на отрицательных - в металлический губчатый свинец РЬ. Готовые пластины сушатся, причем отрицательные пластины во избежание окисления губчатого свинца должны быть высушены быстро, лучше всего в вакууме. В зависимости от емкости в аккумуляторе применяется больше или меньше одноименных пластин

Напряжение свинцового аккумулятора, находящегося в покое, почти не зависит от степени разрядки пластин, но изменяется с изменением плотности электролита. Напряжение можно определить по упрощенной формуле:

Е₀ = 0,84 + r,

где r - плотность электролита при 15° С. Для стартерных аккумуляторов, в которых плотность электролита обычно колеблется от 1,11 до 1,27 г/см³, э. д. с. покоя изменяется соответственно от 1,95 до 2,11 в.

Можно наоборот, по напряжению определить плотность, не пользуясь ареометром. Потребуется только достаточно точным вольтметром (лучше с цифровой шкалой) измерить напряжение на клеммах батареи при неработающем двигателе. Например, напряжение оказалось 12,66 вольт. Следовательно, на одну банку приходится в шесть раз меньше - 2,11 вольт. Теперь отнимаем 0,84 и получаем значение плотности, равное 1,27! Чем точнее вольтметр, тем точнее измерения. Этот способ измерения плотности я всегда использую при оценке состояния необслуживаемых батарей. В таких батареях подчас не делается заливных горловин и ареометром воспользоваться невозможно.

Сейчас для изготовления электродов батарей применяются различные материалы на основе свинцовых сплавов. Исследования батарей с такими решетками выявили их высокую чувствительность к глубоким разрядам. Позднее были разработаны батареи, в которых решетки катодов изготавливаются из свинца, легированного сурьмой (1,25%) и кадмием (1,5%), а анодов - из свинцово-кальциево-оловянистого сплава. Правда, эти сплавы являются очень непрочными при физических нагрузках. Применение новых сплавов приводит к необходимости изменения технологии производства, поэтому некоторые зарубежные фирмы разработали технологию изготовления решеток с уменьшенным содержанием сурьмы и легирующими добавками. Батареи, собранные на этих решетках, называются «малообслуживаемыми» - их срок службы выше обычного, но они не чувствительны к глубоким разрядам, а газовыделение в несколько раз меньше. В необслуживаемых и малообслуживаемых батареях, помимо замены материала решеток, есть следующие конструктивные изменения: положительные электроды помещены в сепаратор - конверт; блок электродов помещен на дно моноблока, тем самым увеличено количество электролита при сохранении габаритов батареи; толщина электродов не превышает 1,9 мм, что позволяет увеличить их количество, т. е. снизить удельные токи, не меняя габариты батареи; применены сепараторы с меньшим удельным сопротивлением и более тонкие; соединение аккумуляторов осуществлено через перегородки моноблока. Сопротивление батареи уменьшается за счет того, что удельное, сопротивление решеток из свинцово-кальциево-оловянистых сплавов, а также малосурьмянистых сплавов меньше, чем у решеток из обычного свинцово-сурьмянистого сплава.

Необслуживаемые батареи имеют следующие достоинства: лучшие пусковые качества (более высокое напряжение при неизменном токе); увеличенный срок службы; улучшенные зарядные характеристики; меньший саморазряд; уменьшение коррозии положительных электродов; отсутствие необходимости доливки воды в процессе эксплуатации. Полностью необслуживаемые батареи выпускаются в герметичном исполнении. Они не имеют заливных горловин и оборудованы специальным индикатором заряженности. При достижении определенного минимального уровня заряженности меняется цвет индикатора.

Подведём итог: батареи старых типов требовали обслуживания, поскольку часто «выкипала» вода, современные батареи называются необслуживаемыми, поскольку никакого выкипания не происходит вообще и обслуживать её не надо. Малообслуживаемые батареи представляют собой промежуточный вариант конструкции.

Для того, батарея служила как можно дольше без коррозии пластин, плотность электролита должна быть как можно ниже (в идеальном случае 1,23). Но с другой стороны, для запуска холодного двигателя зимой нужна плотность намного выше -1,31. Именно поэтому приходится искать "золотую середину". Плотность батареи в южных районах должна быть 1,25, в нашей климатической зоне - 1,27, на севере -1,29, а то и 1,31.

Чтобы аккумуляторная батарея служила долго и получала зарядный ток не больше и не меньше требуемого, необходимо поддерживать в норме напряжение в бортовой сети автомобиля. Оно зависит от регулировки реле-регулятора. Именно реле-регулятор даёт команду автомобильному генератору, добавить, либо уменьшить напряжение в сети при работе двигателя вашей машины. Вреден и перезаряд, и недозаряд аккумуляторной батареи. Все необходимые регулировочные данные приведены в таблице. Для нашей климатической зоны напряжение для большинства автомобилей должно быть 14,0-14,2. Отклонение даже на 0,5 вольта в любую сторону может иметь катастрофические последствия. При напряжении, равном 13,2 Вольт в сети при работающем двигателе аккумуляторная батарея разрядится за 1 неделю ежедневных поездок! Многие японские автомобили настроены на напряжение зарядки для тропического климата. И здесь можно посоветовать только обратиться в хороший автосервис для решения этой проблемы. Либо чаще ставить батарею на подзарядку.

Таблица

Рекомендуемое напряжение в бортовой сети автомобиля