Программа самообучения 504 Аккумуляторные батареи (акб) Устройство и принцип действия 2



Pdf просмотр
страница1/5
Дата01.02.2017
Размер3.03 Mb.
Просмотров1101
Скачиваний0
ТипПрограмма
  1   2   3   4   5

Service Training
Программа самообучения
504
Аккумуляторные батареи (АКБ)
Устройство и принцип действия

2
Для того чтобы двигатель транспортного средства «заработал», его сначала необходимо запустить.
Остались в далёком прошлом времена, когда водителю приходилось мучительно вращать рычаг стартера, чтобы запустить двигатель. Сегодня с этой неприятной обязанностью «играючи» справляется любой автомобильный аккумулятор (стартерная АКБ).
Автомобильная АКБ — неотъемлемый компонент, без которого невозможно представить себе ни один автомобиль, — решает следующие задачи:
1. пуск двигателя;
2. обеспечение электрической энергией при любой нагрузке;
3. аккумулирование электрической энергии при её избытке и возврат её в систему электропитания при необходимости.
Автомобильная АКБ является одним из важнейших электрических компонентов автомобиля. Не без оснований её часто называют «сердцем автомобиля».
Автомобильная АКБ должна всегда безупречно выполнять свои задачи в автомобиле.
Поэтому особенно важно правильное обращение с АКБ.
Эта программа самообучения содержит соответствующие базовые сведения об автомобильных акку муляторных батареях и даёт важные указания по надлежащему обращению с этими АКБ при обслуживании.
S504_002
Программа самообучения содержит
информацию о новинках конструкции
автомобиля!
Программа самообучения не актуализируется.
Для проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту необходимо использовать соответствующую техническую документацию
Внимание
Указание

3
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Небольшой экскурс в историю АКБ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
АКБ: вчера, сегодня и завтра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Основные сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Устройство АКБ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Серная кислота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Процессы зарядки и разряда. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Технические характеристики и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Типы аккумуляторных батарей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
АКБ с жидким электролитом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
АКБ, сбалансированные по стоимости и сроку службы (АКБ Economy). . . . . 13
Усовершенствованные АКБ с жидким электролитом (EFB) . . . . . . . . . . . . . . . . 14
АКБ со стекловолоконным наполнителем (АКБ AGM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
АКБ VOLKSWAGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Особенности и характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Места установки АКБ в автомобиле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Энергетический баланс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Факторы, влияющие на энергетический баланс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Схемы бортовой сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Взаимодействие АКБ и генератора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Разряд АКБ и температурные характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Техническое обслуживание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Проверка АКБ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Зарядка АКБ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Пуск двигателя от внешнего источника электроэнергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Правила обращения с АКБ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Информационный бюллетень о правилах обращения со стартерными АКБ 54
Источники опасности при обращении с АКБ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Словарь специальных терминов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4
Введение
Небольшой экскурс в историю АКБ
Уже 2000 лет назад существовали первые гальванические элементы, например так называемая «багдадская батарея». Однако история самих аккумуляторных батарей началась только в 18 м столетии. Аккумуляторную батарею называют также аккумулятором или сокращённо АКБ. Слово «аккумулятор» происходит от латинского cumulus = куча или от cumulare = накапливать, аккумулировать. Аккумулятор представляет собой периодический заряжаемый накопитель электрической энергии на электрохимической основе.
Батарея появилась не внезапно: у неё много прародителей. К их числу относятся, например, следующие личности:
Луиджи Гальвани (1737–1798), итальянский врач и биофизик, философ и физик. Он заметил, что отрезанные лапки мёртвой лягушки дёргались, когда он прикасался к ним двумя разными соединёнными друг с другом металлами. Сам того не подозревая, Гальвани открыл, что комбинация из двух различных металлов
(электродов) в подходящем растворе (солёная вода в мышцах лягушачьих лапок) образует электрический элемент. В честь Гальвани этот электрический элемент был назван гальваническим элементом, или гальванической ячейкой. Гальваническая ячейка может преобразовывать химическую энергию в электрическую.
Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Джероламо Умберто Вольта (1745–1827), итальянский физик. Вдохновлённый открытиями Луиджи Гальвани, он построил первую пригодную к применению электрическую батарею. Вольта расположил пластины из меди и цинка друг над другом в виде столба. Между пластинами он разместил пропитанные соляной кислотой куски картона или кожи. Получился ряд гальванических элементов, соединённых последовательно. Этот столб был первым источником тока для практического применения и известен как вольтов столб. После смерти Вольты единица измерения электрического напряжения получила наименование вольт.
Иоганн Вильгельм Риттер (1776–1810), немецкий физик и философ. Кроме открытия ультрафиолетового излучения, он также построил электрическую батарею в форме цилиндра, которая была названа в его честь столбом Риттера. Столб состоял из расположенных друг над другом медных дисков и проложенных между ними и пропитанных раствором NaCl (хлорид натрия, или поваренная соль) дисков из картона. Это устройство можно было заряжать электрическим током, а при разряде оно снова вырабатывало электрический ток.
Поэтому столб Риттера считается прародителем современных аккумуляторов.
Вильгельм Йозеф Зинштеден (1803–1891), немецкий врач и физик. Разработал первый свинцовый аккумулятор. Он поместил две свинцовые пластины, которые не соприкасались друг с другом, в ёмкость с раствором серной кислоты и подсоединил к ним источник электрического напряжения. После многочисленных циклов зарядки и разряда конструкция приобрела определённую ёмкость.
Гастон Раймон Луи Планте (1834–1889), французский физик и палеонтолог. Он усовершенствовал конструкцию аккумулятора Зинштедена, придав свинцовым пластинам спиральную форму. Однако этот свинцовый аккумулятор так никогда и не продвинулся дальше стадии экспериментов.

5
Камиль Альфонс Фор (1840–1898), французский инженер и физик. Он существенно модернизировал свинцовый аккумулятор. Фор покрыл обе стороны свинцовой пластины пастой из свинцового порошка и серной кислоты. Благодаря этому, его свинцовый аккумулятор уже всего после нескольких циклов зарядки приобретал значительную ёмкость.
Генри Оуэн Тюдор (1859–1928), люксембургский инженер и изобретатель. Он довёл опытную модель свинцового аккумулятора до промышленной зрелости. Тюдор увеличил поверхность электродов и расположил их так, что ёмкость свинцового аккумулятора увеличилась, а срок его службы стал существенно большим. Он придал АКБ привычную сегодня форму ящика. В качестве электролита служил раствор серной кислоты.
Отрицательный электрод состоял из свинца, а положительный — из двуокиси свинца. Тюдор изготовил формы для литья, которые позволили наладить промышленное производство свинцовых пластин для аккумуляторов.
Он разработал первую пригодную для технического применения свинцово кислотную АКБ.
С тех времён началось победное шествие свинцовых АКБ. Появилось множество фирм, производивших свинцовые АКБ. Первоначально АКБ использовались в транспортных средствах только для освещения. Только начиная с 1914 года аккумулятор стал использоваться в качестве стартерной АКБ.
АКБ: вчера, сегодня и завтра
Несмотря на то что принципу работы свинцовой
АКБ больше 150 лет, он с успехом применяется до настоящего времени.
Свинцовая АКБ обладает следующими основными преимуществами:
• выгодное соотношение цены и качества;
• высокая надёжность;
• массовое производство;
• пригодность к утилизации.
Процесс развития АКБ не стоит на месте. В первую очередь в связи с распространением электрических гибридных приводов и начинающейся электромобилизацией следует ожидать появления ещё многих новшеств, касающихся темы
«аккумуляторная батарея».
Сегодня АКБ занимает в автомобиле всё более важное и центральное положение. Далее будет представлен принципиальный обзор устройства и принципа действия АКБ, используемых концерном
Volkswagen в настоящее время.
S504_118

6
Основные положения
Устройство АКБ
12 вольтная АКБ состоит из шести последовательно соединённых гальванических элементов. Эти элементы расположены в корпусе, разделённом перегородками.
Основным компонентом любой АКБ является гальванический элемент. Гальванический элемент представляет собой блок электродов, который состоит из полублоков пластин положительных и отрицательных электродов.
Полублок пластин состоит из электродов и сепараторов. Каждый электрод представляет собой свинцовую решётку, ячейки которой заполнены активной массой. Сепаратор (микропористый изолирующий материал) предназначен для разъединения разнополярных электродов. Электро ды или блоки электродов в полностью заряженном состоянии АКБ погружены в 38 процентный раствор серной кислоты (электролит).
Полюсные выводы, межэлементные перемычки и перемычки пластин (баретки) состоят из свинца.
Положительный и отрицательный полюсные выводы имеют разный диаметр. Положительный вывод всегда толще отрицательного вывода. Разный диаметр выводов предупреждает неправильное подсоединение АКБ (защита от переполюсовки).
Межэлементные перемычки проходят сквозь межэлементные перегородки.
Корпус АКБ (моноблок) изготавливается из кислотостойкого изолирующего материала и располагает снаружи отбортовками для крепления АКБ. Сверху моноблок закрыт крышкой.
S504_004
Полублок положительных электродов
Блок электродов
Полублок отрицательных электродов
Сепаратор
Концерн Volkswagen применяет следующие типы
АКБ:
• АКБ с жидким электролитом.
• АКБ, сбалансированные по стоимости и сроку службы (Economy).
• Усовершенствованные АКБ с жидким электролитом (EFB).
• АКБ со стекловолоконным наполнителем
(АКБ AGM).
S504_005
Моноблок
Отбортовка
Отверстие центрального газоотвода
Крышка
Заклеенные пробки гальванических элементов
Поскольку многие детали АКБ изготовлены из свинца или соединений свинца, а серная кислота очень едкая, при обращении с АКБ следует соблюдать осторожность.

7
Последовательное соединение гальванических элементов АКБ обеспечивается с помощью межэлементных перемычек. Необходимое напряжение АКБ достигается за счёт последовательного соединения гальванических элементов с помощью межэлементных перемычек. Отрицательный вывод одного гальванического элемента соединяется с положительным выводом следующего гальванического элемента.
Жидкость внутри АКБ (электролит) состоит из раствора серной кислоты, который до уровня метки «MAX» или
«max» заполняет свободное пространство гальванических элементов, а также поры пластин и сепараторов.
Некоторые конструкции крышек содержат резьбовые пробки гальванических элементов. Они сохранились с тех времён, когда в АКБ требовалось регулярно доливать дистиллированную воду, т. е. обслуживать АКБ.
В настоящее время все АКБ VOLKSWAGEN необслуживаемые. Таким образом, открывать пробки гальванических элементов, даже там, где это можно сделать, больше не требуется, и делать это запрещено концерном Volkswagen по соображениям безопасности. Пробки гальванических элементов предназначены только для первичной заправки АКБ электролитом. При зарядке внутри АКБ возникает взрывоопасная смесь из водорода (H
2
) и кислорода (O
2
). Отвод газов осуществляется через отверстие центрального газоотвода.
S504_006
Ушко
Положительная свинцовая пластина
(электрод) с сепаратором
Полублок положительных электродов
Перемычка пластин (баретка)
Отверстие центрального газоотвода
Встроенные складывающиеся ручки для переноски
Полюсный вывод
Блок электродов в сборе
Полублок отрицательных электродов
Отрицательная свинцовая пластина (электрод)
Свинцовая решётка отрицательной пластины
Положительная свинцовая пластина (электрод)
Свинцовая решётка положительной пластины
Межэлементная перемычка

8
Основные положения
Серная кислота
Свободно перетекающая
серная кислота
В свинцовой АКБ применяется серная кислота, разбавленная дистиллированной водой. Когда АКБ полностью заряжена, доля серной кислоты составляет примерно 38 %, остальное — вода.
Серная кислота, благодаря наличию в ней ионов, способна проводить электрический ток между электродами. Ион — это частица (атом или молекула), обладающая электрическим зарядом.
Плотность электролита (концентрация серной кислоты) меняется в соответствии со степенью заряженности АКБ — см. таблицу.
Соотношения в таблице действительны только для
АКБ без нагрузки, находящейся в состоянии покоя.
После зарядки или разряда и отсоединения клемм
АКБ необходимо выждать не менее двух часов, чтобы АКБ пришла в состояние покоя.
Связанная серная кислота
Для предупреждения повреждений от вытекающей серной кислоты её можно связать, впитав стекловолоконным наполнителем.
Стекловолоконный наполнитель связывает серную кислоту и предупреждает вытекание электролита, например, в случае повреждения корпуса АКБ.
Плотность
электролита
Степень
заряженности
Напряжение на
АКБ без нагрузки
(напряжение
покоя)
1,28 г/см
3 100 %
12,7 В
1,21 г/см
3 60 %
12,3 В
1,18 г/см
3 40 %
12,1 В
1,10 г/см
3 0 %
11,7 В
Водород
Кислород
Ионы сульфата
Свинец
Электролит
S504_007
АКБ в разряженном состоянии
Сульф ат свинц а
Сульф ат свинц а
S504_008
Электронный ток
АКБ заряжается
Источник постоянного напряжения
Процессы зарядки и разряда

9
S504_009
АКБ в заряженном состоянии
Св ин ец
Двуокись свин ца
S504_010
Электронный ток
АКБ разряжается
Потребитель
Зарядка
Зарядкой называют обратимый процесс накопления электрической энергии в АКБ.
В процессе зарядки электрическая энергия преобразуется в химическую энергию.
Как только двигатель запускается, генератор начинает заряжать АКБ. У электромобилей
12 вольтная АКБ питается от высоковольтной батареи — см. программу самообучения 499. Таким образом, из образовавшегося при разряде сульфата свинца (PbSO
4
) и воды (H
2
O) снова образуется свинец (Pb), двуокись свинца (PbO
2
) и серная кислота (H
2
SO
4
).
2PbSO
4
+ 2H
2
O
→ PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb
Результат — плотность электролита
увеличивается.
Необходимая для выработки электрической энергии химическая энергия снова восстанавливается.
Разряд
Разрядом называют процесс отдачи электрической энергии АКБ. В процессе разряда химическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
Когда потребитель соединяется с АКБ, она разряжается. Доля серной кислоты в электролите уменьшается, а доля воды увеличивается. Как на положительной, так и на отрицательной пластине образуется сульфат свинца (PbSO
4
).
PbO
2
+ 2H
2
SO
4
+ Pb

2PbSO
4
+ 2H
2
O
Результат — плотность электролита
уменьшается.
Для процесса зарядки важно выбрать оптимальное регулируемое напряжение зарядки. В случае слишком высокого напряжения при зарядке будет усиленно разлагаться вода. В результате этого уровень электролита в АКБ (или степень насыщенности стекловолоконного наполнителя электролитом) понижается. Если зарядное напряжение слишком низкое, АКБ будет заряжаться неправильно. Недостаточная степень заряженности сокращает срок службы АКБ и снижает её пусковые возможности.
Внимание! Опасность взрыва! При зарядке АКБ образуется гремучий газ.

10
Напряжение АКБ U
12 В
Номинальная ёмкость C
20
80 A·ч
Время разряда t
20
20 ч
Ток разряда I
20
I
20
= C
20
: t
20
Ток разряда I
20
I
20
= 80 [А·ч] : 20 [ч] = 4 [A]
Это означает, что новая, полностью заряженная
АКБ ёмкостью 80 А·ч при токе разряда 4 А должна обеспечивать понижение напряжения до минимально допустимого значения 10,5 В только через 20 часов разряда.
Номинальная ёмкость является важной характеристикой, например, для определения параметров постоянно включённых потребителей бортовой сети.
Основные положения
Технические характеристики и определения
Ёмкость
Ёмкость C — это количество электричества
(произведение силы тока на время), которое может отдать АКБ или гальванический элемент, измеренное в ампер часах [А·ч]. Ёмкость зависит от тока разряда, температуры АКБ и старения.
Доступная ёмкость существенно уменьшается при увеличении тока разряда и понижении температуры.
Номинальная ёмкость C
20
Номинальная ёмкость C
20
— это указанная производителем ёмкость АКБ в ампер часах.
Она описывает количество энергии, которое может накопить новая АКБ. Согласно стандарту EN 50 342, установлено, что новая, полностью заряженная АКБ при температуре
25 ± 2 °C в течение времени t
20
= 20 часов должна обеспечивать ток разряда I
20
= C
20
: t
20
и напряжение АКБ (U) при этом не должно опускаться ниже 10,5 В.
Пример:
АКБ 12 В, 80 A·ч
Ток холодной прокрутки
Пусковые возможности АКБ при низкой температуре определяются током холодной прокрутки.
Ток холодной прокрутки — это величина тока разряда, при которой напряжение новой, полностью заряженной АКБ при температуре
–18 °C не опускается ниже установленного предельного значения в течение заданного времени
(норматив VW 75073).
Коэффициент заряда
При зарядке АКБ количество использованной для зарядки энергии всегда выше количества энергии, которое затем способна отдать АКБ.
Это связано с тем, что при зарядке всегда возникают потери энергии в результате нагрева и (или) побочных химических реакций.
Для того чтобы зарядить АКБ на 100 %, обычно необходимо подать в неё 105 %–110 % количества электричества, отобранного у АКБ.

11
Напряжение
гальванического элемента
Напряжение гальванического элемента — это напряжение между положительными и отрицательными пластинами гальванического элемента. Оно, в основном, зависит от степени заряженности (плотности электролита) и температуры АКБ.
Для свинцовых АКБ принято, что номинальное напряжение одного гальванического элемента неизменно и составляет 2 В.
Номинальное напряжение АКБ
У автомобильных АКБ номинальное напряжение одного гальванического элемента согласно стандарту установлено равным 2 В.
Номинальное напряжение всей АКБ равняется номинальному напряжению одного элемента, умноженному на количество элементов.
Для автомобильных АКБ с шестью гальваническими элементами стандартное номинальное напряжение составляет 6 x 2 [В] = 12 [В].
Напряжение на выводах
Напряжение на выводах — это напряжение, измеренное между обоими полюсными выводами
АКБ.
Напряжение газовыделения
Напряжение газовыделения — это зарядное напряжение, в случае превышения которого в АКБ начинается интенсивное газовыделение.
Это напряжение сильно зависит от температуры.
Напряжение газовыделения составляет 2,4 В для каждого гальванического элемента. Для
12 вольтной АКБ предельное значение этого напряжения обычно равно 6 x 2,4 [В] = 14,4 [В].
Газовыделение — электролитическое разложение воды, содержащейся в электролите. При этом воз никает водород (H
2
) и кислород (O
2
), которые вместе образуют взрывоопасный гремучий газ.
Напряжение холостого хода
АКБ и напряжение покоя
Напряжение холостого хода АКБ, или напряжение покоя, — это напряжение на АКБ без нагрузки.
После процесса зарядки или разряда напряжение холостого хода АКБ изменяется. Только спустя некоторое время, в течение которого концентрация серной кислоты между пластинами выравнивается, напряжение холостого хода АКБ принимает окончательное значение. Это окончательное значение называют напряжением покоя.

12
S504_119
Типы АКБ
АКБ с жидким электролитом
АКБ с жидким, свободно перетекающим раствором серной кислоты называют АКБ с жидким электролитом.
Поскольку все АКБ VOLKSWAGEN необслуживаемые, регулярно доливать в АКБ с жидким электролитом дистиллированную воду больше не требуется. Таким образом, открывать пробки гальванических элементов больше не требуется и не разрешается. Они служат только для первичной заправки АКБ электролитом.
При зарядке АКБ с жидким электролитом, имеющих пробки гальванических элементов, выкручивать пробки запрещается!
АКБ с жидким электролитом, с точки зрения выделения газов при зарядке, представляют собой открытые системы, т. е. пространство, в котором скапливается газ, в каждом элементе имеет связь с атмосферой.
Конструктивные особенности
• чёрная крышка и прозрачный корпус;
• индикатор уровня электролита;
• увеличенный безопасный угол наклона АКБ;
• защита от воспламенения газов в АКБ;
• информационное поле с двухмерным штрих кодом;
• отвод газов через отверстие центрального газоотвода.
Преимущества
• отличные эксплуатационные характеристики;
• отсутствие скрытого износа;
• индикатор уровня электролита;
• срок хранения — 15 месяцев.
Недостатки
• нет защиты от вытекания электролита.

13
АКБ, сбалансированные по стоимости и сроку службы, по своей конструкции являются АКБ с жидким электролитом, однако с меньшим применением свинца. В результате этого возникает преимущество в виде снижения массы при несколько меньшей мощности. АКБ, сбалансированные по стоимости и сроку службы, не применяются в качестве оригинального оборудования. Они предусмотрены для автомобилей без системы
Старт стоп, которые старше пяти лет (за исключением автомобилей премиум класса, таких как Touareg и
Phaeton). Эти АКБ тоже соответствуют стандартам качества концерна Volkswagen.

Каталог: pps
pps -> Учёное звание
pps -> Профессорско-преподавательский состав
pps -> Программа самообучения 494 Парковочный автопилот 0 Устройство и принцип действия 2
pps -> Программа самообучения 413 2 Система ассистентов помощи водителю приобретает всё большее значение в области автомобилестроения
pps -> Профессорско-преподавательский состав кафедры Архитектурное проектирование на 2014-2015 учебный год
pps -> Программа подготовки специалистов среднего звена (ппссз) по специальности 09. 02. 02 Компьютерные сети


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал