Akumlatory samochodowe
Budowa akumulatora
Akumulator jest źródłem energii elektrycznej prądu stałego której sam nie wytwarza lecz przechowuje w postaci energii chemicznej. W samochodzie akumulator służy do zasilania urządzeń elektrycznych gdy silnik spalinowy jest wyłączony. Energia elektryczna akumulatora zużyta w czasie postoju pojazdu lub rozruchu silnika jest uzupełniana podczas jazdy przez prądnice procesy zużywania i uzupełniania energii elektrycznej są okresowo powtarzane.
Ogniwa galwaniczne.
Ogniwem galwanicznym nazywamy najprostsze źródło prądu stałego, w którym następuje przetwarzanie energii chemicznej w energie elektryczna. Ogniwo takie ma postać naczynia napełnionego elektrolitem (tzn. roztworem soli, kwasu lub zasady), w którym są zanurzone dwie elektrody (rys.1)
Rys 1
Schemat ogniwa galwanicznego
(strzałki wskazują kierunek przepływu
prądu elektrycznego).
Stwierdzono doświadczalnie ze jony metalu zanurzonego w elektrolicie maja skłonność „przechodzenia” do elektrolitu a jony elektrolitu-„przechodzenia” do metalu. Jeżeli więcej jonów „przechodzi” z metalu do elektrolitu to metal wykazuje ładunek ujemny, elektrolit zaś- ładunek dodatni.
Metale można uszeregować w zależności od wartości ich potencjału względem potencjału elektrody wodorowej, przyjmowanego jako zerowy (tabela)
Siła elektromotoryczna ogniwa.
Jeżeli dwa dowolne metale zanurzymy w elektrolicie, to będzie się miedzy nimi utrzymywać stała różnica potencjałów (tabela) nazywana siłą elektromotoryczną ( E ) ogniwa galwanicznego.
Napięcie na biegunach ogniwa otwartego jest równe sile elektromotorycznej tego ogniwa.
Ponieważ w większości ogniw rezystancja wewnętrzna Rw jest bardzo mała wiec można ja pominąć. Dlatego sile elektromotoryczna ogniwa wyznacza się z równania:
E = E+ - E-
W którym:
E+ jest to potencjał elektrody dodatniej w V
E- jest to potencjał elektrody ujemnej w V
Na przykład siła elektromotoryczna ogniwa ołowiowego (tabela) wynosi:
E = 1,69 - (-0,36) = 2,05V
Akumulatory kwasowe (ołowiowe).
Budowa akumulatora kwasowego
W pojazdach samochodowych powszechnie stosuje się akumulatory kwasowe. Akumulator kwasowy (rys.2) składa się z kilku połączonych szeregowo ogniw, umieszczonych w obudowie.
Napięcie na zaciskach akumulatora zależy od liczby jego ogniw (rys.3). akumulator szesciowoltowy (6V) składa się z 3 ogniw, dwunastowoltowy (12V) – z 6 ogniw, dwudziestoczterowoltowy (24 V) – z 12 ogniw. W tym ostatnim przypadku w praktyce łączy się szeregowo dwa akumulatory 12 V.
Rys. 2
Rys. 3
Rys. 4
Rys 5
Płyty dodatnie stanowią ANODĘ, płyty ujemne – KATODĘ. Zarówno anoda jak i katoda są wykonane z kilku płyt łączonych równolegle (za pomocą mostka biegunowego-(rys. 6), przy czym płyt ujemnych jest o jedna mniej niż dodatnich.
Zespół płyt ujemnych zestawia się z zespołem płyt dodatnich tak, by płyty dodatnie sąsiadujące z ujemnymi były od nich oddzielone przekładkami o właściwościach izolacyjnych, umożliwiającymi swobodny przepływ elektrolitu. Zespoły płyt akumulatora ( bez przekładek) przedstawia rysunek 7
Zespoły płyt – połączone za pomocą mostków biegunowych – są wsparte na pionowych żeberkach (rys. 8). Dzięki temu między dolnymi krawędziami płyt a dnem obudowy pozostaje wolna przestrzeń, w której zbierają się wypadające z płyt w czasie eksploatacji akumulatora cząstki masy czynnej oraz zanieczyszczenia. Zapobiega to powstawaniu zwarć wewnętrznych.
Ogniwa są umieszczone w oddzielnych komorach obudowy, zwanej blokiem, i połączone szeregowo za pomocą łączników między ogniwowych (rys. 9).Łączniki te znajdują się wewnątrz bloku – w przypadku obudowy z tworzyw sztucznych – lub na zewnątrz – w przypadku obudowy ebonitowej.
Wolne końcówki mostków skrajnych ogniw są wyprowadzone na zewnątrz obudowy w postaci tzw. ZACISKÓW BIEGUNOWYCH (trzpieni), o kształcie ściętych stożków (rys. 10). Na zaciskach lub obok nich na obudowie są umieszczone znaki „+” i „-”. Ponadto zacisk biegunowy dodatni ma większą średnice. Do zacisków akumulatora mocuje się końcówki przewodów akumulatorowych (rys. 11), wykonane ze stali lub mosiądzu i pokryte ołowiem. W celu uniknięcia pomyłek podczas łączenia przewodów końcówki maja różne średnice, odpowiadające średnicom zacisków akumulatora, oraz są oznaczone znakami „+” i „-”.
Komory akumulatora napełnia się elektrolitem przez otwory wlewowe wieczka ogniwa (rys.12) Korki otworów wlewowych mają otwory odpowietrzające (rys.13), które umożliwiają ulatnianie wydzielających się gazów, a jednocześnie utrudniają wylewanie się elektrolitu.
Elektrolit
W akumulatorach kwasowych elektrolitem jest wodny roztwór kwasu siarkowego H2SO4
Elektrolit przygotowuje się z chemicznie czystego stężonego kwasu siarkowego i wody destylowanej. Zarówno kwas, jak i woda nie mogą zawierać żadnych zanieczyszczeń, gdyż mogłyby mogły by one spowodować nieodwracalne uszkodzenie płyt akumulatorowych.
W czasie przygotowania elektrolitu należy zachować szczególną ostrożność, tzn. osłonę na twarz, gumowe rękawice, buty i fartuch.
Aby uzyskać elektrolit o wymaganej gęstości, należy zachować odpowiednie proporcje kwasu siarkowego i wody destylowanej (tabela poniżej).
Podczas rozcieńczenia kwasu woda wlewa się kwas do wody- w żadnym wypadku nie wolno postąpić odwrotnie, ponieważ grozi to rozpryskiem i poparzeniem.
Kwas należy wlewać powoli, cienkim strumieniem do wody, a następnie miesząc roztwór prętem z kwasoodpornego metalu. Temperatura roztworu nie może przekraczać 60*C.
Elektrolit przygotowany do napełnienia suchego i nie naładowanego akumulatora powinien mieć gęstość 1,26g/cm3, a w przypadku akumulatora suchego, lecz już uprzednio ładowanego- 1,285g/cm3. gęstość elektrolitu sprawdza się aerometrem (rys14).
Poziom elektrolitu powinien znajdować się 10-15 mm. Powyżej górnych krawędzi płyt. Poziom elektrolitu sprawdza się za pomocą rurki szklanej, którą należy zanurzyć przez otwór wylewowy Az do oparcia o płyty. Po zatkaniu rurki palcem wyjmuje się ja i odczytuje wysokość słupa cieczy w rurce (rys.15).
W przypadku napełnienia elektrolitem akumulatora suchego-po napełnieniu należy go odstawić na kilka godzin, aby płyty dobrze wchłonęły elektrolit. Akumulator pierwotnie suchy i nie ładowany jest gotowy do pierwszego ładowania po 5 lub 6 godzinach. Akumulator pierwotnie suchy, lecz uprzednio ładowany, jest gotowy do ładowania już po ok.. 2 godzinach.
Reakcje chemiczne w czasie ładowania i wyładowania akumlatorów
Akumulator ładuje się prądem stałym, łącząc zacisk źródła napięcia oznaczony „+” z zaciskiem „+” akumulatora oraz zacisk „-” źródła napięcia z zaciskiem „-” akumulatora.
Podczas ładowania w akumulatorze następuje następująca reakcja:
W czasie ładowania wyzwolony jest z płyt siarczan ołowiowy PbSO4 łączy się z H2 pobieranym z wody, tworząc kwas siarkowy H2SO4. reakcji tej towarzyszy wzrost gęstości elektrolitu.
Podczas wyładowania w akumulatorze zachodzi reakcja odwrotna:
Podczas wyładowania elektrolit H2SO4 wchodzi w reakcje z ołowiem Pb, składnikiem masy czynnej płyt dodatnich i ujemnych, tworząc siarczan ołowiowy PbSO4. siarczan osadza się na płytach akumlatora. Wydzielająca się jednocześnie woda zmniejsza gęstość elektrolitu.
Ogólne zasady ładowania akumlatorów.
Zanim przystapimy do ładowania akumlatorów należy sprawdzić jego oznakowanie (rys.16).
Polskie akumulatory są oznakowane zgodnie z zaleceniami normy PN-93/E-83001/01.
AKUMLATOR POWINIEN BYĆ OZNAKOWANY NASTEPUJACO:
-Wyróżnik. Np. symbole zawarte w wyróżniku 6 S.C. 45P oznaczają kolejno: 6-liczbe ogniw, S- akumlator sucho ładowany, C-rodzaj płyt, 45-pojemnosc (A x h) 20-godz, P-akumlator z obudowa wykonana z polipropylenu.
- Napięcie znamionowe w woltach (V)
- pojemność znamionowa Qn amperogodzinach (A x h).
-prąd wyładowania w temp. -18*C w amperach (A).
-oznaczenie biegunowości.
-nazwa lub znak wytwórcy.
-data produkcji (miesiąc i rok)
-klasa akumulatora (wg IEC) A lub B.
Klasa A dotyczy akumlatorów do pojazdów osobowych.
Klasa B dotyczy akumlatorów do ciężarówek, autobusów, maszyn budowlanych.
Akumulatory przeznaczone do pracy w klimacie tropikalnym powinny mieć dodane do oznaczenia klasy A i B literę T, tj: AT i BT.
-bezobsługowy- jeżeli działa bez uzupełnienia wody lub odpowiada podwyższonym wymaganiom.
Szczególnie ważne jest sprawdzenie pojemności akumulatora i liczby jego ogniw.
Pojemność akumulatora Q jest to ładunek elektryczny, jaki można pobrać z naładowanego akumulatora do chwili, gdy napięcie na jego zaciskach spadnie do wartości minimalnej, odpowiadającej dopuszczalnemu rozladowaniu-1,75V na 1 ogniwo.
Pojemność (w A x h) określa zależność
Q = I x t
W której: I – prąd wyładowania w A,
T – czas wyładowania w h.
Teoretycznie akumulator można wyładować dowolnym prądem; jednak ze względu na trwałość płyt należy obliczać prąd wyładowania akumulatora zakładając, ze czas wyładowania będzie równy 20h.
Na przykład, gdy pojemność akumulatora Q = 34A x h , wówczas prąd wyładowania
Prąd znamionowy wyładowania I20 to maksymalny prąd, jaki można pobrać z akumulatora bez jego uszkodzenia.
Pojemność 20-godzinna Q20 to pojemność akumulatora, którego czas wyładowania do osiągnięcia minimalnego napięcia (1,75V na 1 ogniwo) w temp. 25*C wynosi 20h. pojemność 20-godzinna przyjęto nazywać POJEMNOŚCIĄ ZNAMIONOWĄ akumulatora.
Sposoby ładowania akumlatorów...
hantajo