Проектиране и класификация на автомобилни акумулатори

Проектиране и класификация на акумулатори за автомобили

Структура и класификация на акумулаторни батерии за автомобили

Всички батерии си приличат като братя: голяма кутия с киселина и два оловни проводника, които стърчат от нея. Принципът на действие на всички съвременни батерии е един и същ. Тя не се е променила през последните 138 години, откакто Гастон Плант представи първата батерия пред Френската академия на науките през 1860 г. Активната му площ е 10 квадратни метра. Стъклата на прозореца на автомобила не са напълно функционални, а батерията ще се нуждае от месеци, ако не и години, за да се презареди. Удивително е, че въпреки всички приказки на учените, че сме на прага на революция в сегашните системи за съхранение, основният им дизайн остава същият. Презирайки новите кадмиево-никелови системи и мистериозните "горивни клетки", шофьорите по целия свят използват една и съща киселина и едно и също олово.
Въпреки това разликата между съвременните акумулатори и тези, използвани от Гастон Планте, е почти толкова голяма, колкото и разликата между евтината конструкция, при която наистина имате само кутия с киселина и нищо друго, и сложната система, включваща техническия опит от последните 138 години. Подобренията при батериите са свързани с материала на плочите, цялостната конструкция и по-специално с управлението на събирането и връщането на изпаряващата се вода (климатична система).




Материал на плочата на батерията

Чистото олово, от което първоначално са били изработвани плочите и пастата, е почти безполезно в съвременната технология за редови батерии. Изработването на решетъчната структура (обикновено чрез отливане) и последващото нанасяне на пастата изисква материал с по-високи механични свойства. За тази цел към оловото е добавен антимон.
Оловната добавка, обикновено между 6 и 12 % антимон, предизвиква хидролиза на водата (електролитно разлагане на водород и кислород) още при 12 V. Това означава, че дори в случай на перфектно функционираща електрическа система на автомобила, водата постоянно се консумира и изтича във въздуха като газ. Не е необходимо да сте експерт, за да знаете, че ако неизправна електрическа система на автомобила предизвиква повишаване на напрежението и рязък скок, процесът се умножава.
Това беше твърде познато и разбираемо, а съветските шофьори твърдо свързваха акумулатора с необходимостта да се отвинти капакът и да се провери нивото на водата поне веднъж годишно. Ако това не беше достатъчно и върхът на решетката се появеше на повърхността й, човек трябваше да потърси дестилирана вода, да помоли приятел или съсед от гаража за странен предмет, наречен денсиметър (подобен на клизма с вграден поплавък), и да се заеме с химически експерименти у дома. Сега обърнете внимание, опитайте се да запомните! Никога не трябва да поставяте вода в киселина, а само обратното! В противен случай може да възникне мини-експлозия и не само дънките ви ще бъдат изгорени от киселина (съвсем нормално, на всеки се е случвало поне веднъж), но и практически ви гарантира тежки наранявания и изгаряния.
Мързелът и чувството за самосъхранение на западните шофьори ги принуждават да решат проблема с изпарението на водата. Ако антимонът се сведе до минимум или се замени с друг елемент, батерията може да бъде направена почти без поддръжка. Американците от Delco Remy и GNB през 50-те години реализират т.нар. калциево олово, а европейците – олово с ниско съдържание на антимон (Baren, Varta, Bosch). Получените дизайни осигуряват устойчивост на хидролиза при напрежения до 16 V и повече, което означава, че при правилно работеща електрическа система (напрежения в рамките на 14 V) на практика няма изпарение на вода и батерията може да бъде херметически затворена за целия период на експлоатация.
Днес съществуват четири основни разновидности на батерии – "класически" (оловно-антимонови), нискоантимонови, калциеви и хибридни (комбинирани) батерии. При последните отрицателните плочи са изработени от калциево олово, а положителните – от олово с ниско съдържание на антимон. Такъв избор не е случаен. При всички предимства на калциевите батерии те имат един "фатален" недостатък. По време на продължителен дълбок разряд положителните им плочи се покриват с калциев сулфат, който блокира електрохимичните реакции. Този процес, за разлика от образуването на известния оловен сулфат, е необратим.

От какво умират батериите




Основната причина за смъртта на батериите е физиката на електрохимичния процес на зареждане и разреждане. Покритите с паста пластини се разширяват и свиват при подаване и приемане на ток. Това се случва циклично стотици и хиляди пъти, а резултатът е механично разрушаване на структурата им. Пастата, нанесена върху решетъчните плочи, пада и се натрупва на дъното. В резултат на това, преди работните повърхности да са оголени и да не могат да задържат заряд, натрупаната утайка ще блокира положителните и отрицателните плочи.
Съществува временно решение. Първоначално батериите са били оборудвани с допълнителни сифони на дъното, разделени с ребра, в които се е събирала утайката. По-нататъшните усилия на дизайнерите и разработчиците доведоха до появата на разделители на пликове. Както подсказва името, разделителите разделят отрицателните и положителните плочи. Направени от порест материал (в последните години от полиетилен), те са напоени с електролит като гъба и позволяват плочите да бъдат разположени почти точно една до друга. Това значително намалява размерите на акумулаторите и повишава устойчивостта им на механични натоварвания, тъй като сега те имат плътно натъпкани "торбички", а не висящи пръчки в тях.
Освен това, ако сепараторите са затворени от три страни, те се превръщат в своеобразен плик, в който се натрупва отработената оловна паста, падаща от повърхността на всяка плоча. Това премахва необходимостта от утаител, а пакетите с плочи могат да бъдат закрепени директно към дъното, което допълнително увеличава устойчивостта и устойчивостта на вибрации и удари. Освобождава се и допълнително пространство във височина. Той се използва за създаване на допълнителни запаси от електролит (увеличава общия живот на батерията) и система за кондензиране и събиране на изпаряващата се вода (вж. таблицата по-долу). предишна скоба).
Батериите са еднакво застрашени от презареждане и дълбоко разреждане. В първия случай настъпва интензивно окисляване, влошаване на състоянието и разпадане на материала на положителните плочи, а във втория случай отрицателните решетки започват да се разслояват. Презареждане може да се получи по време на движение на автомобила, ако електрическата система е повредена, или ако сте в неподвижно състояние и зареждате акумулатора, когато се разсеете, забравите или пропуснете момента, в който той започва да кипи и да разгражда енергично водата. Калциевите и хибридните батерии са много по-малко изложени на тази заплаха, тъй като съставът на оловото им осигурява един вид "самопревключване" – те спират да приемат ток, когато са заредени на 95-97%.
Дълбокото разреждане най-често се причинява от неизправни електрически системи (неизправен алтернатор), разхлабени ремъци на алтернатора, окисляване на множество контакти и къси съединения в тялото, когато токът не се изпраща към акумулатора, а се загрява околният въздух с масата на автомобила. Лесно е да се забележи неизправност, ако възникнат неочаквани проблеми при стартиране на двигателя. Това може да се отстрани чрез стационарно зареждане и отстраняване на действителната причина за загубата на ток.

Подобен...