Устройство автомобиля

                   III.  Конструкция АКБ, маркировка.

  Аккумулятор  - химический источник тока, в  котором энергия химической реакции  многократно преобразуется в  электрическую и наоборот. Таким образом, аккумулятор, имея возможность преобразовывать химическую энергию в электрическую, способен запасать ее и хранить в течение длительного времени. Заряжаясь, аккумулятор накапливает электрическую энергию, разряжаясь, отдает ее потребителю.  
    Первый аккумулятор (прототип современного свинцово-кислотного) был создан в 1860 г. Гастоном Планте и представлял собой две свинцовые полосы, разделенные пористым изолятором и помещенные в раствор серной кислоты. Выполненный по такой схеме единичный аккумуляторный элемент способен обеспечивать напряжение на выходе около 2 вольт. Емкость такого аккумулятора была невелика, и рабочие характеристики достигались только после многократных зарядно-разрядных циклов. Аккумулятор, аналогичный по своей конструкции современному, был создан в 1881 г. Пластины в нем представляли собой пакеты свинцовых решеток с запрессованной в них активной массой - пастой двуокиси свинца. Точно также и в современном свинцово-кислотном аккумуляторе активными веществами являются свинец и двуокись свинца, а электролитом - водный раствор серной кислоты.

     Стандартная  современная 12-вольтовая автомобильная  аккумуляторная батарея выполнена  из шести последовательно соединенных  между собой блоков разноименно  заряженных пластин, каждый из  которых и представляет собой  простейший аккумулятор с выходным  напряжением около 2 вольт. Положительно  заряженная пластина (электрод) представляет  собой свинцовую решетку с  активной массой из двуокиси  свинца (PbO₂), а электрод со знаком минус - решетку с активной массой из губчатого свинца (Pb). Полублоки разноименно заряженных пластин вставляются друг в друга. Во избежание возникновения короткого замыкания между пластинами, их разделяют пористыми сепараторами из изоляционного материала. Собранные блоки помещаются в корпус и заливаются электролитом (раствором серной кислоты плотностью 1.27-1.29 г/см³). Полюса (баретки) крайних элементов соединяются с расположенными снаружи корпуса контактными выводами - борнами.  
   Если к аккумулятору подключить нагрузку, то свинцовые пластины с активной массой, электролит и нагрузка образуют замкнутую цепь. Внутри аккумулятора начинается химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет менять первоначальный состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца PbSO₄), а плотность электролита начинает падать. В итоге, в цепи образуется направленное движение ионов, и течет электрический ток. Такой процесс представляет собой разряд аккумулятора. При подключении к аккумулятору внешнего источника тока начинается обратный процесс - заряд. При заряде активная масса пластин восстанавливает свой первоначальный состав, плотность электролита растет. Эти химические процессы можно описать следующими уравнениями:  
 
- на положительной пластине: PbO₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂O + 2e;  
 
- на отрицательной пластине: Pb + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂ - 2e.  
 
Из всего вышесказанного следует, что количество запасаемой аккумулятором энергии (емкость) определяется объемом активной массы и электролита.  
   Поскольку автомобильная 12-вольтовая аккумуляторная батарея состоит из шести аккумуляторных элементов, соединенных в батарею последовательно, то по сути устройство, в повседневном обиходе просто называемое «аккумулятор», на самом деле является батареей из нескольких аккумуляторов.  
  Впервые серийно аккумуляторные батареи стали устанавливать на автомобили Cadillac в 1912 г. На первых автомобилях аккумуляторные батареи были снимаемые, т.к. из-за отсутствия бортового генератора после разряда их приходилась подзаряжать от внешнего источника тока.

В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет три функции: во-первых, запускает двигатель, во-вторых, питает бортовые электрические устройства в то время, когда двигатель не работает, и, наконец, при работающем двигателе помогает генератору, когда  тот не справляется с нагрузкой  в бортовой электрической сети.

                  Конструкция аккумуляторной батареи

Современная аккумуляторная батарея состоит из следующих  основных частей:

• моноблок (корпус), служащий резервуаром для электролита;
• крышка;
• пластины;
• сепараторы;
• соединительные выводы.

                                                 Моноблок

  Первоначально  корпус (моноблок) аккумуляторной батареи  был деревянным, выложенным внутри  листовым свинцом, затем - эбонитовым. Первые корпуса аккумуляторных  батарей из синтетических материалов  появились в 1941г. (их начала  производить австрийская фирма  BAREN), а полипропилен для изготовления  корпусов начала использовать  американская фирма Johnson Controls. В настоящее время все современные аккумуляторные батареи имеют полипропиленовые корпуса, исключение составляют устаревшие модели, в основном производимые в России с моноблоками из эбонита. Эбонитовый корпус не имеет ни одного бесспорного достоинства, но ему присущи два крупных недостатка: большая масса и нетехнологичность производства. Внутри моноблок любой аккумуляторной батареи разделен на ячейки (три или шесть, в зависимости от напряжения батареи- 6 В либо 12 В) для отдельных блоков пластин.

                                                   Крышка

  Крышка корпуса  закрывает межэлементные соединения  батареи и плотно прикрепляется  (приваривается) к моноблоку. В  обслуживаемых и малообслуживаемых батареях в крышке могут располагаться индикатор уровня плотности электролита (косвенно свидетельствующий о степени заряженности того аккумулятора, в банке которого индикатор установлен) и отверстия для контроля уровня и доливки электролита, закрываемые пробками. Для того, чтобы избежать повышения давления внутри закрытого корпуса (т.к. в процессе заряда аккумулятора происходит электролиз находящейся в электролите воды, при этом на положительной пластине выделяется кислород, а на отрицательной - водород) в крышке (или в пробках) выполнены специальные газоотводные каналы. В современных батареях газоотводные каналы имеют форму лабиринта, позволяющего задержать внутри корпуса капли электролита, уносимые газом, и возвратить их в электролит. Тем самым с одной стороны устраняется выход во внешнюю среду вредных кислотных испарений, а с другой - предотвращается потеря электролита. В батареях устаревших конструкций (например, с эбонитовыми корпусами) общая крышка отсутствует, ее роль выполняет мастика, которой заливаются межэлементные перемычки.

                                                        Пластины

   Пластины  аккумулятора обеспечивают протекание  основных электрохимических процессов  работы батареи. Пластины аккумулятора  представляют собой свинцовые  решетки с нанесенной на них  активной массой. Изначально активная  масса решетки представляет собой  порошок из мелко размолотого  свинца с добавлением легирующих  материалов, придающих пластинам  необходимые технологичные свойства. Раньше в качестве основного  легирующего материала применялась  сурьма, сейчас используются сложные  сплавы, рецепты которых ведущие  мировые производители держат  в секрете. В процессе формировки, представляющем собой многократный  цикл заряда-разряда, активная  масса пластин приобретает кристаллическую  структуру, необходимую для правильного  функционирования аккумулятора (активная  масса положительной пластины  преобразуется в PbO₂, отрицательной - в Pb). Химическая реакция между активной массой и электролитом происходит на поверхности частиц активной массы, поэтому ее делают пористой, чтобы материал хорошо пропитывался электролитом, и в реакции участвовал его максимальный объем. Кроме того, большинство фирм-производителей батарей разрабатывают свою рецептуру легирующих примесей, позволяющих улучшить характеристики пластин. Состав таких примесей и рецептуры результирующих сплавов в значительной степени определяют, насколько надежно и долговечно будет работать аккумулятор.

                                                  Сепараторы

Для предотвращения короткого замыкания между разноименно  заряженными пластинами между ними располагается изолятор - диэлектрическая  прослойка, называемая «сепаратор». На первых аккумуляторах сепаратор  представлял собой тонкий лист шпона, позже шпон заменили стекловолокно  и микропористый эбонит (мипор). Современные сепараторы изготавливают из микропористой пластмассы (мипласта). В современных батареях сепаратор выполнен в виде конверта, надетого на положительные пластины. Это позволяет повысить надежность аккумуляторных батарей, так как в этом случае оплывающая в процессе длительной работы батареи с положительных пластин активная масса («шлам») остается внутри конверта, а не оседает на дно корпуса и не достигает отрицательных пластин (в результате чего происходит короткое замыкание). Кроме того, конверт-сепаратор дает возможность устанавливать пластины прямо на дно моноблока, что позволяет увеличить объем эффективно используемого электролита при тех же габаритах батареи. В батареях без конверта-сепаратора во избежание короткого замыкания между пластинами блоки пластин устанавливаются на специальные ребра на дне моноблока, в результате чего создается так называемое «шламовое пространство». Это увеличивает габариты батареи и снижает ее надежность. Появление конверта-сепаратора наряду с изменением рецептуры сплава решеток пластин позволило создать мало- и необслуживаемые батареи.

                                      Соединительные выводы 

  Элементы  батареи соединяются между собой  последовательно с помощью межэлементных  соединений (МЭС). Существуют два  основных типа МЭС:

• традиционные МЭС, при которых элементы соединяются между собой поверх крышки аккумуляторных батарей. В настоящее время этот вид МЭС применяется в некоторых отечественных батареях и батареях для тяжелых грузовиков (исполнение Heavy Duty);
• МЭС, при которых соединение бареток проходит через стенки секций посредством контактной сварки.

  Борны (выходящие  наружу корпуса электрические  контакты) батарей изготавливаются  из свинца и имеют стандартизованные  размеры. Расположение, тип и размер  выводов следуют из применяемости  батарей и указываются в каталогах.  Также из каталога аккумуляторных  батарей можно узнать размер  моноблока и тип фланца крепления  моноблока к корпусу автомобиля.  
 
   Ряд автомобилей требуют специфического типа моноблока (японские автомобили, некоторые модели BMW) или специфических выводов (японские автомобили с тонкими клеммами и автомобили Ford прежних моделей). Обозначение батареи в каталоге, соответствующее данной модели автомобиля, однозначно указывает на наличие или отсутствие вышеуказанных специфических особенностей. 

                                Маркировка аккумуляторных батарей

  На аккумуляторные  батареи наносятся обозначения,  позволяющие однозначно определить  их основные параметры: емкость,  ток холодного запуска, тип  корпуса. Обозначения даты и/или  места производства являются  не обязательными, поэтому не стандартизированы.  
  Маркировку можно разделить (применительно к нашим условиям) на две большие группы:

• маркировка согласно ГОСТ;
• маркировка согласно DIN.

Например, по стандарту  ГОСТ маркировка батареи 6СТ-55N несет следующую информацию:  
 
6 - число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, характеризующих ее номинальное напряжением (12В);  
СТ - назначение батареи по функциональному признаку (стартерная);  
55 - номинальная емкость в ампер-часах;  
N - конструкторско-технологическое исполнение: ( N - с нормальным расходом воды;  L - с малым расходом воды; VL - с очень малым расходом воды; VRLA - с регулирующим клапаном).

  В нормативных  документах на батареи конкретных  типов допускается (при необходимости)  указывать дополнительные обозначения.

По стандарту DIN маркировка 5 74 012 068 несет следующую информацию:  
 
5 - цифра, показывающая «порядок» значения емкости;  
(5 - до 100 А*час, 6 - от 100 до 200 А*час, 7 - свыше 200 А*час);  
74 - емкость 74 А*час;  
012 - заводское обозначение типа корпуса, из которого следуют габариты корпуса, тип крепления, расположение выводов;  
068 - ток пуска 680 А по стандарту EN.  
  Ряд зарубежных производителей батарей маркируют свои батареи специфическим образом, указывая в маркировке не емкость, а значение тока холодного запуска, которому по каталогу можно сопоставить величину номинальной емкости. Своеобразно маркируются также батареи, производимые в США или изготовленные для продажи на рынке США. 
  Дополнительный код, собственный для каждого производителя, позволяет узнать место и дату производства батареи.

                                         Список литературы 

1. Барковских Ю.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей. Издательство: Высшая школа, 2000.

2. Голицын А.Н.  Основы промышленной экологии. Издательство: Академия, 2004.

3. Дюшен И.Е., Трегуб Г.Г. Ремонт автомобилей. Издательство: Транспорт 2000.

4. Калисский В.С., Манзон А.И., Нагула Г.Е. Автомобиль. Издательство: Транспорт, 2004.

5. Колесник П.А., Шейнин В.А. Техническое обслуживание  и ремонт автомобилей. Издательство: Транспорт, 2000.

6. Кузнецов В.М.  Техника безопасности. Издательство: Высшая школа, 2001.

7. Радичев В.А. Грузовые автомобили. Издательство: Транспорт, 2000.

8. Роговцев В.Л., Пузанков А.Г., Ольдфильд В.Д. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. Издательство: Транспорт, 2005.

9. Румянцев С.И.  Ремонт автомобилей. Издательство: Транспорт, 2000. 

                         Содержание.

1. Рама автомобиля.
2. Тягово-сцепное устройство (лебёдки).
3. Конструкция АКБ, маркировка.

 Список литературы.