Лабораторна робота № 1

1. Тема: Електрообладнання автомобіля. Джерела струму.

Акумуляторні батареї.

2. Мета робота: Вивчити призначення, будову, принципи роботи та конструктивне виконання акумуляторних батарей.(АКБ).

В результаті виконаної роботи та підготовки її захисту студенти повинні:

2.1.Знати призначення, основи будови та принцип роботи електрообладнання автомобілів, особливості конструктивного виконання АКБ, введення їх в експлуатацію.

2.2 Вміти визначити технічний стан АКБ, проаналізувати зниження показників, дати рекомендації.

3. Обладнання, засоби: Зразки АКБ, прилади для вимірювання, плакати, діафільм.

4. Зміст звіту.

4.1. Призначення електрообладнання автомобіля, теоретичні відомості по АКБ.

4.2. Схеми , рисунки щодо будови АКБ.

4.3. Привести результати вимірювання густини електроліту, ЕРС, падіння напруги при навантаженні.

4.4. Висновки.

5. Порядок виконання роботи.

5.1. Інструктаж з охорони праці.

5.2. Ознайомлення з методичними вказівками, вивчення будови, принципу роботи АКБ.

5.3. Перегляд діафільму по темі лабораторної роботи.

5.4. Виконання необхідних вимірювань, їх аналіз.

5.5. Захист звітів по попередній роботі.

6.Теоретичні відомості

В автомобілі електричну енергію використовують для запалювання робочої суміші в циліндрах карбюраторних і газобалонних двигунів, запуску двигуна стартером, живлення приладів освітлення, сигналізації, контрольно – вимірювальних та інших приладів електрообладнання.

Крім споживачів електричного струму, до системи електрообладнання автомобіля входять джерела струму (акумуляторні батареї, генератори з реле – регулятором), вимикачі, запобіжники і провідники.

Акумуляторна батарея слугує для живлення електричним струмом стартера під час пуску двигуна, а також усіх інших приладів електрообладнання, коли генератор не працює або не може ще віддавати енергію в коло (наприклад, під час роботи двигуна в режимі холостого ходу). Вона складається з шести свинцево-кислотних двовольтових акумуляторів, з'єднаних між собою послідовно, що забезпечує робочу напругу в колі 12 В. Бак акумуляторної батареї, який виготовляється з кислотостійкої пластмаси або ебоніту, поділено перегородками на шість відділень. На дні кожного відділення є ребра (призми), на які спираються пластини акумуляторів.

Акумулятор складається з півблоків позитивних 10(рис. 10.1) і негативних 9 пластин, ізольованих одна від одної сепараторами 14, які виготовлено з пористих пластмас (міпора або міпласта). Пластини відливають у вигляді решіток із свинцю із додаванням 7...8% стибію (сурми) для механічної міцності. В решітку пластин впресовують активну масу, приготовану на водяному розчині сірчаної кислоти з оксидів свинцю. Щоб збільшити ємність акумулятора й зменшити його внутрішній опір, одноіменні пластини з'єднують у півблоки, що закінчуються вивідними полюсними штирями 4, 8, 12, 13.

Півблоки з позитивними й негативними пластинами складають у блок так, що позитивні пластини розташовуються між негативними; тому останніх завжди на одну більше. Це дає змогу краще використати активну масу позитивних пластин і захищає крайні з них від короблення та руйнування.

Сепаратори встановлюють між пластинами так, щоб їхній ребристий бік був повернутий до поверхні позитивних пластин, забезпечуючи тим самим краще надходження до них електроліту. Зверху пластини покривають перфорованим пластмасовим запобіжним щитком.

Складений акумулятор розміщують у відділення бака й закривають кришкою, що має два отвори для виходу полюсних штирів, а також отвір 3 для заливання електроліту, який закривається різьбовою пробкою 5. У пробці є вентиляційний отвір, що сполучає внутрішню порожнину акумулятора з атмосферою. Зазори між кришками та стінками бака заповнюють бітумною мастикою 2. Акумулятори з'єднують між собою свинцевими перемичками 7. Полюсні штирі 4, 13 крайніх акумуляторів (плюсовий та мінусовий) призначаються для вмикання батареї в коло електрообладнання автомобіля.

В акумулятори заливають електроліт, що складається з хімічно чистої сірчаної кислоти (H₂SO₄) і дистильованої води.

• Електроліт готують (табл. 10.1) у кислототривкій посудині (свинцевій, керамічній, пластмасовій), вливаючи кислоту у воду. Заливати воду в кислоту не можна, оскільки процес сполучення в цьому разі відбуватиметься на поверхні, спричиняючи розбризкування кислоти, що може призвести до опіків тіла та зіпсувати одяг.

Під час приготування електроліту необхідно надягати захисні окуляри, гумові рукавиці та фартух.

•      У разі потрапляння сірчаної кислоти на шкіру потрібно до на дання кваліфікованої медичної допомоги обережно ватою зняти кислоту й промити вражене місце струменем води, а потім — 10 %^-ним розчином соди або нашатирного спирту.

Рис. 10.1. Будова свинцево-кислотної стартерної акумуляторної батареї зі спільною кришкою:

а — загальний вигляд; б — блок пластин; 1 — бак; 2 — мастика; 3 — заливний отвір; 4, 8, 12, 13 - полюсні штирі; 5 — пробка заливного отвору; 6 — кришка; 7 — перемичка; 9, 10 — відповідно негативні й позитивні пластини; 11 — ребра; 14 — сепаратори

Співвідношення кислоти й води для приготування

Густина електроліту,г/см^3. зведена до температури 15^0С	На 1л води додати сірчаної кислоти, л, густиною 1,83г/см^3
1,23 1,25 1,27 1,29	0,280 0,310 0,345 0,385

електроліту відповідної густини Таблиця 10.1

Під час пропускання через батарею постійного струму (заряджання) в акумуляторах відбувається перетворення електричної енергії на хімічну, що виражається в зміні складу активної маси [на позитивних пластинах утворюється перекис свинцю (РЬО₂), а на негативних — губчастий свинець (РЬ)] та в збільшенні густини електроліту. Розряджання — зворотний хімічний процес, під час якого знижується густина електроліту, а активна маса на тих й інших пластинах перетворюється на сірчанокислий свинець (PbSО₄).

2 PbSО₄+2Н₂О РЬО₂ +РЬ+ 2Н₂SО₄

Залежність електро – рушійної сили (ЕРС) спокою АКБ від густини електроліту відображає емпірична формула:

де - густина електроліту при температурі 25⁰С, г/см³. Напруга ЕРС при розряді АКБ розподіляється на подолання внутрішнього опору та опору споживачів на зовнішній діяльності ланцюга. Втрати на внутрішній ділянці – внутрішнє падіння напруги (І_P,r), на зовнішній ділянці ланцюга – напругою розряду (U_P).

Напруга акумулятора при розряді менше ЕРС розряду на величину внутрішнього падіння напруги:

U_P = Е_Р - І_P· r = ІR,

де r – внутрішній опір акумулятора, Ом. І_P – струм розряду, А.

R – опір зовнішньої ділянки ланцюга, Ом.

Оскільки густина електроліту визначає електрорушійну силу (ЕРС), яку розвиває акумулятор, за її значенням можна судити про ступінь зарядженості батареї. Густина електроліту залежить від його температури, зменшуючись приблизно на 0,1 г/см³ при підвищенні температури на 15 °С. У розрахунках густину електроліту, як правило, зводять до температури 15 °С. Для запобігання замерзанню електроліту під час експлуатації акумуляторів узимку його густину регламентують залежно від кліматичних умов (табл. 10.2).

Номінальною ємністю акумулятора називається кількість електрики, яку може віддати повністю заряджений акумулятор у разі розряджання струмом 20-годинного режиму за температури електроліту 30°С та початкової його густини 1,285 г/см³ до напруги 1,7 В. Ємність виражається в ампер-годинах (А · год) і залежить від кількості й розміру паралельно з'єднаних пластин, сили розрядного струму, а також температури електроліту. Чим більше пластин і чим більший їхній розмір, менша сила розрядного струму й вища температура електроліту, тим більшу ємність може віддавати акумулятор під час розряджання. В разі зниження температури електроліту ємність зменшується приблизно на 1 % на кожний градус. Наприклад, якщо номінальна ємність батареї (за температури електроліту 30°С) дорівнює 55 А · год, то за температури електроліту О °С вона зменшиться на 30 % і становитиме 38 А · год, а за температури — 20 °С — зменшиться на 50 % і дорівнюватиме 27 А · год. Ємність одного акумулятора й батареї, що складається з кількох акумуляторів, з'єднаних послідовно, однакова (послідовно з'єднують акумулятори, які мають однакову ємність).

Заряд акумуляторних батарей ведуть постійним струмом силою

де - ємність АКБ при 20^ти годинному розряді розрядним струмом, А · год

Розрядну ємність визначають по формулі:

де – струм розряду, А;

– час розряду, год.;

До напруги 5,25В для 6^-ти вольтових і 10,5В – для 12^-ти вольтових АКБ.

Коефіцієнт віддачі

де С_З, С_Р – ємність відповідно при заряді і розряді.

На перемичках акумуляторних батарей є позначення, що визначають їхню характеристику. На автомобілях «Москвич» і ЗАЗ встановлюється акумуляторна батарея 6СТ-55ЭР, на ВАЗ-2105 — 6СТ-55П, а на ГАЗ-24 — 6СТ-60ЭМ. У маркуванні: перша цифра позначає кількість акумуляторів у батареї; літери СТ свідчать про те, що батарея стартерного типу; число після літер показує номінальну ємність батареї в ампер-годинах; останні літери позначають матеріал бака (Э — ебоніт, П — пластмаса) та матеріал сепараторів (Р — міпора, М — мі пласт, С – скловолокно, Д – дерево).

Регламентована густина електроліту залежно від кліматичних умов

Таблиця 10.2

Кліматичні райони	Пори року	Густина електроліту,г/см ^3 (зведена до температури 15^0С)
		для заливання в акумулятор	після зарядження
З різко континентальним кліматом і температурою взимку нижче - 40^0С	Зима	1,29	1,31
	Літо	1,25	1,27
Північні з температурою взимку до - 40^0С	Весь рік	1,27	1,29
Центральні з температурою взимку до - 30^0С	Весь рік	1,25	1,27
Південні	Весь рік	1,23	1,25

Автомобільні акумулятори нового покоління не обслуговувані. Батарея повністю герметична. Замість сурми застосовується кальцієвий свинець. Кальцій забезпечує підвищену провідність і невеликий внутрішній опір, що зумовлює підвищену стартову потужність. У герметично закритій батареї вода випаровується набагато повільніше, зменшується ймовірність потрапляння в електроліт сторонніх домішок із повітря або недостатньо чистої води. Кожну пластину розміщено в окремому конверті-сепараторі, мікропористий матеріал якого, абсолютно інертний щодо електроліту, підвищує стійкість пластин до вібрацій і перешкоджає наростанню активної маси. Надійно захищені пластини розташовуються ближче одна до одної; при цьому питома ємність підвищується, а сама батарея стає компактнішою.

Для «дихання» електроліту передбачено мікропористий полімерний полум’я гасник, що сполучає батарею з атмосферою.

Акумулятор має оптичний визначник зарядженості (індикатор), який дає змогу діагностувати стан батареї за кольором «вічка». Зелене вічко означає нормальне заряджання, чорне — знижене (потрібне під заряджання), жовте (світле) — необхідність заміни акумулятора.

Несправності АКБ

До несправностей акумуляторної батареї відносять: саморозрядження, зниження ємності, повне припинення дії, а також тріщини та інші пошкодження бака.

Саморозрядження — це розряджання батареї при вимкнених споживачах. Нормальним саморозрядженням вважають таке, що не перевищує 1,0...1,5 % ємності батареї за добу (батарея повністю розряджається за 60...100 діб).

Причини прискореного саморозрядження, при якому батареї розряджаються за кілька годин: електроліт і бруд на поверхні батареї; замикання між собою позитивних і негативних пластин осадом активної маси; забруднення електроліту сторонніми домішками.

Зниження ємності батареї спричиняють: сульфатація пластин, недостатня густина електроліту, випадання активної маси. Сульфатація відбувається при глибокому (нижче від 1,7 В) розряджанні акумуляторів і тоді, коли батареї залишають розрядженими на тривалий час; із зниженням рівня електроліту в акумуляторах. Активна маса випадає через надмірну густину електроліту або внаслідок жолоблення пластин, спричиненого перевантаженням (запуск >10с.)

Повне припинення роботи акумулятора (на вивідних штирях відсутня напруга) настає під час замикання між собою різнойменних пластин внаслідок пошкоджень сепараторів або відривання вивідних штирів від бареток чи між елементних з'єднань.

Тріщини бака з'являються від ударів при послабленому кріпленні батареї в гнізді, необережному перенесенні, замерзанні електроліту зниженої густини.

7. Контрольні запитання

7.1. Яку будову має стартерна акумуляторна батарея?

7.2. Які процеси відбуваються в акумуляторах під час заряджання і розряджання?

7.3. Перелічіть основні несправності акумуляторної батареї та назвіть заходи, які запобігають цим несправностям.

7.4. До якої напруги допускається розряджання акумуляторних батарей?