Аккумуляторные батареи нормального исполнения

Аккумуляторный батареи нормального исполненияАккумуляторный батареи нормального исполнения характеризуются применением для изготовления их токоотводов (решёток) свинцово-сурьмяных сплавов с содержанием сурьмы более 3,0 %. Основными недостатками свинцовых батарей нормального исполнения, известными с самого начала их существования, являются:

  • необходимость регулярного (не реже одного раза в месяц) контроля уровня электролита и доливки дистиллированной воды при снижении уровня ниже нормы;
  • сравнительно высокая скорость саморазряда (до 14 % за месяц у новых батарей), которая в процессе эксплуатации постоянно увеличивается и после полутора-двух лет работы возрастает в три-четыре раза.

Эти недостатки являются следствием сравнительно высокого содержания сурьмы в сплавах для токоотводов (решёток) аккумуляторных электродов (пластин).

До начала семидесятых годов традиционные батареи изготавливались в корпусах из эбонита или кислотостойкого пластика с отдельными аккумуляторными  крышками и герметизировались битумной мастикой. Поэтому периодически требовалось очищать их от пыли и грязи с целью снижения саморазряда по перемычкам, находящимся на поверхности крышек батареи.

В семидесятые-восьмидесятые годы XX века, с развитием производства современных полимерных материалов и технологий их переработки, появилась и активно завоевала рынок конструкция и технология производства батарей в тонкостенных моноблоках из сополимера пропилена с этиленом. Такие батареи имеют единую для всех аккумуляторов общую крышку, герметизация которой происходит при помощи контактно-тепловой сварки без использования мастики. Поверхностный саморазряд по общей крышке снизился, однако скорость внутреннего саморазряда не изменилась.

Аккумуляторные батареи собираются в одном корпусе-моноблоке из кислотостойкой пластмассы (полипропилен и его сополимеры), разделённом перегородками на отдельные ячейки (банки). Количество ячеек равно количеству аккумуляторов в батарее. В каждой ячейке находится блок электродов, который состоит из чередующихся положительных и отрицательных электродов, разделённых сепараторами. По сути, каждая аккумуляторная батарея состоит из нескольких аккумуляторов с номинальным напряжением 2,0 В, соединённых последовательно.

Электрическая ёмкость одного электрода определяется площадью его рабочей поверхности и толщиной. Обычно ёмкость одного электрода стартерной батареи колеблется в пределах от 8 до 15 А-ч. С целью получения заданной ёмкости аккумулятора, которая будет кратной ёмкости одного электрода,
их соединяют полюсными мостиками в параллельные группы посредством газовой сварки или методом окунания ушек электродов в расплавленный свинцовый сплав на специальных автоматизированных установках. Для обеспечения дальнейшего последовательного соединения соседних аккумуляторов между собой в батарею, к полюсным мостикам приваривают борн. После этого посредством контактной электрической сварки борнов через отверстия в перегородках моноблока, аккумуляторы соединяются между собой последовательно.

Соотношение между количеством положительных и отрицательных электродов зависит от требований, предъявляемых к аккумуляторной батарее. При этом количество электродов различной полярности не может различаться больше, чем на одну единицу.

Аккумуляторная решеткаТрадиционно до середины 50-х годов отрицательных электродов в аккумуляторе было на один больше, чем положительных. При этом положительные электроды были на 10-20 % толще, чем отрицательные, а два крайних (наружных) отрицательных электрода в каждом блоке имели толщину до 40 % меньше положительных.
Однако, благодаря проведённым во второй половине XX века исследованиям и разработкам, появились аккумуляторные батареи, в которых количество отрицательных и положительных электродов одинаково, а также батареи с количеством положительных электродов на один больше, чем отрицательных. В этих случаях оба электрода имеют, как правило, одинаковую толщину.

При этом следует заметить, что все три варианта конструкции электродного блока равноценны с точки зрения долговечности.

Электрод каждой полярности состоит из активной массы, нанесённой на токоотвод решетчатой конструкции (решётку). Токоотвод свинцового аккумулятора выполняет двойную функцию. Он является не только проводником первого рода, по которому генерируемая активной массой электрическая энергия передаётся посредством мостов, борнов и перемычек во внешнюю электрическую цепь, но и служит конструкционным элементом, обеспечивающим механическое удержание активной массы и возможность параллельного соединения электродов между собой в блоки при помощи ушек. Он представляет собой сетку, состоящую из вертикальных или наклонных рёбер и горизонтальных жилок, расположенных внутри прямоугольной рамки. В верхней части рамки выполнено ушко, которое служит для параллельного соединения электродов в блок при помощи полюсного мостика.

Активная масса электродов имеет высокую пористость (47-60 %) и у новых заряженных аккумуляторов на положительном электроде состоит, в основном, из двуокиси свинца РЬO2 (85-95 %), а на отрицательном электроде — из губчатого свинца РЬ (80-90 %). Кроме того, в активных массах остаются в небольшом количестве промежуточные окислы и сульфат свинца, содержание которых на первых циклах эксплуатации снижается за счёт более полного формирования активных материалов при повторяющихся зарядах.

Сепараторы, расположенные между разноименными электродами, служат для пространственного разделения участвующих в электрохимических превращениях реагентов, обеспечивая тем самым работоспособность аккумулятора. Вместе с тем, сепараторы обеспечивают возможность диффузии электролита от одного электрода к другому.

Gри протекании электродных реакций у положительного электрода происходит более значительное изменение концентрации и плотности электролита, чем у отрицательного. Поэтому сторона сепаратора, обращенная к положительному электроду, выполнена ребристой, для облегчения доступа электролита к поверхности активной массы. При этом высота ребра, как правило, превышает половину толщины электрода. В современных модификациях сепараторов на стороне, обращенной к отрицательному электроду, также могут быть выполнены рёбра, высотой 0,2-0,3 мм для улучшения условий диффузии электролита у этого электрода. Благодаря применению для сепаратора современного эластичного микропористого материала (на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с низким электрическим сопротивлением), один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт. В этом случае замыкание электродов различной полярности, при наличии шлама в нижней части блока при эксплуатации батареи практически исключено. Поэтому блок электродов устанавливают прямо на дно ячейки моноблока.

Электродный блок , установленный в ячейку моноблока (в просторечии называемую «банкой») и закрытый крышкой  является отдельным аккумулятором с номинальным напряжением 2,0 В.

Электродные блоки, установленные в моноблок из современных полимерных материалов (полипропилен и его сополимеры), соединяются последовательно при помощи укороченных межэлементных соединений через отверстия в перегородках моноблока.

Борны соседних аккумуляторов располагаются около технологического отверстия, предусмотренного в перегородке моноблока. При помощи пуансонов в клещах сварочной машины, приложением осевого усилия, часть металла борнов выдавливается в отверстие до достижения механического и электрического контакта между соединяемыми деталями внутри отверстия. Затем включается сварочный ток и происходит контактная электросварка борнов, которая обеспечивает однородную структуру соединения и герметичность между соседними аккумуляторами.

Для батарей, работающих в условиях повышенных механических нагрузок (удары, вибрация) созданы конструкция и технология соединения, обеспечивающие повышенную вибрационную и ударную стойкость.

Соединение в этом случае осуществляется в два этапа. Вначале в специально выполненных углублениях на верхней части перегородки моноблока производится газовая сварка борнов соседних аккумуляторов. Затем место сварки герметизируется на специальной установке путём экструзии в литейную форму, в которую помещают сваренное соединение, пластмассы, из которой изготовлен моноблок. Образующийся при этом вокруг соединения пластмассовый «чехол» не только надёжно герметизирует место сварки, но и служит дополнительным упором для электродного блока при внешних механических (ударных и вибрационных) воздействиях на батарею.

[youtube]FgYjGXL9Beo[/youtube]

Свойства термопластичной пластмассы позволили применить для батарей с общей крышкой совершенно иной метод герметизации, сделать батарею более надёжной и стойкой при колебаниях температуры окружающей среды. Герметизация батарей с общей крышкой производится методом контактно-тепловой сварки.
Между свариваемыми поверхностями вводится металлический электрод, нагретый с помощью электронагревателей до температуры 240-260° С. При соприкосновении верхней части моноблока и нижней части крышки с нагретым электродом они пластифицируются. После отвода электрода из зоны сварки, пластифицированные поверхности моноблока и крышки смыкаются, под действием вертикально направленного усилия происходит их контактно-тепловая сварка. Сварное соединение, как показали испытания, обеспечивает надёжное сохранение герметичности и по периметру батареи и между отдельными аккумуляторами (ячейками) в широком диапазоне температур (от -50?С до +70?С).

В крайних аккумуляторах батареи к одному из мостов приваривают выводной борн, который после приварки крышки к моноблоку соединяется посредством газовой сварки с полюсным выводом батареи. Полюсный вывод выполнен в виде конусной втулки, залитой в пластмассу общей крышки при её изготовлении. Причём положительный и отрицательный выводы батареи имеют различный наружный диаметр, что позволяет исключить возможность переполюсовки при подключении батареи к бортовой сети автомобиля.

В настоящее время на предприятиях России практически все свинцовые стартерные аккумуляторные батареи для автотракторной техники производятся в пластмассовых моноблоках с общей крышкой.

В крышке имеются отверстия для заливки электролита при приведении сухозаряженных батарей в действие после хранения, а также для контроля уровня и плотности электролита в процессе эксплуатации. Эти отверстия закрываются отдельными или соединёнными между собой в блок пробками. Для того чтобы обеспечить сохранность сухого заряда батарей в период хранения, в верхней или нижней части пробки вентиляционное отверстие перекрывается глухим приливом или другими дополнительными герметизирующими элементами. Этот прилив или дополнительный элемент после заливки электролита в батарею необходимо удалить для обеспечения вентиляции блоков при эксплуатации, о чём на верхней части пробки или на крышке батареи имеется соответствующая надпись.

Вам также может понравиться ...