Оборудование, приспособления и инструмент

1 2 3 4

Лабораторная работа № 1

Исследование характеристик стартерной свинцовой аккумуляторной батареи

Цель работы

Изучение характеристик и освоение методов проверки технического состояния стартерных свинцовых аккумуляторных батарей.

Задание

1. Изучить основные электрические характеристики аккумуляторных батарей.

2. Освоить методы проверки технического состояния стартерных свинцовых аккумуляторных батарей.

3. Снять вольтамперную характеристику аккумуляторной батареи.

Теоретическая часть

Свинцовые аккумуляторы получили распространение в качестве стартерных на транспортных средствах благодаря высокой электродвижущей силе (ЭДС) и малому внутреннему сопротивлениюе.

ЭДС покоя химического источника тока представляет собой разность потенциалов на клеммах при разомкнутой внешней цепи и зависит от химических свойства активных материалов и концентрации их ионов в электролите. ЭДС мало зависит от температуры. Зависимость ЭДС свинцового аккумулятора от плотности в диапазоне 1,06...1,30 г/см³ представляется в виде формулы:

Е=0,84+ɣ (1),

где Е - ЭДС покоя аккумулятора, В;

ɣ - приведенная к температуре 25°С плотность электролита, г/см³.

Для приведения плотности электролита к температуре 25°C используется формула:

ɣ= ɣ_t − 0,0007(25 − t) (2),

где ɣ_t- измеренная плотность электролита, г/см³;

t - температура электролита в момент измерения плотности, °С;

Напряжение на клеммах аккумулятора при разряде меньше, а при заряде больше ЭДС на величину внутреннего падения напряжения. В процессе заряда и разряда напряжение изменяется вследствие изменения плотности электролита, ЭДС и внутреннего сопротивления.

Зависимость напряжения аккумуляторной батареи в определенный момент ее разряда от силы разрядного тока называется вольтамперной характеристикой (рисунок 1).

Рисунок 1 – Вольтамперная характеристика аккумуляторной батареи

Уравнение вольтамперной характеристики представляется в виде:

U_АБ= U_НР− R_АБI_Р (3),

где U_АБ - напряжение на клеммах аккумуляторной батареи, В;

U_НР - начальное разрядное напряжение, В;

R_Б - внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи Ом;

I_Р - сила разрядного тока, А.

В режиме короткого замыкания, когда напряжение на клеммах батареи U_АБ=0, сила тока I_КЗ=U_НР/R_АБ

Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи складывается из сопротивления поляризации и омического сопротивления электродов, электролита, сепараторов, межэлементных перемычек и других токоведущих частей. Сопротивление поляризации нелинейно и возрастает с понижением температуры и увеличением силы тока. Температура мало влияет на сопротивление электродов и токоведущих деталей. Рост внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи с понижением температуры связан, в основном, с увеличением электрического сопротивления электролита и пропитанных электролитом сепараторов.

Количество электричества в ампер-часах (А ч.), отдаваемое аккумуляторной батареей в пределах допустимого разряда (до конечного разрядного напряжения), называется емкостью.

Емкость зависит от количества заложенных в аккумуляторе активных материалов и степени их использования. Использование активных материалов определяется конструкцией пластин, материалом сепараторов, плотностью и температурой электролита, режимом работы аккумулятора (сила разрядного тока, прерывистый, непрерывный, ступенчатый разряд).

С увеличением разрядного тока большое количество и более плотная масса сульфата свинца откладывается на поверхности пластин. Сульфат свинца сравнительно быстро изолирует активную массу от контакта с электролитом. Это приводит к уменьшению разрядной емкости.

Емкость аккумулятора уменьшается с понижением температуры. При низких температурах увеличивается вязкость электролита и замедляется его диффузия в поры активной массы.

Номинальной для стартерных свинцовых аккумуляторных батарей емкостью считается емкость двадцатичасового режима разряда C₂₀. При испытании на емкость 20-часового режима разряд проводят непрерывно постоянным током силой 0,05C₂₀,А до конечного разрядного напряжения 5,25 В на клеммах 12-вольтовой и 10,5 В на клеммах 24-вольтовой батареи. В процессе разряда температура электролита должна быть в пределах 18...27°С.

Режим работы батареи определяют температура окружающей среды, уровень вибрации и тряски, сила токов и продолжительность разряда и заряда, продолжительность непрерывной работы и бездействия, периодичность и качество обслуживания.

Уход за аккумуляторной батареей не сводится к поддержанию ее в чистоте, контроле состояния и зарядного режима.

Вследствие испарения воды в аккумуляторах постепенно понижается уровень электролита. Для восстановления уровня электролита добавляется дистиллированная вода. Уровень электролита контролируется уровнемерной стеклянной трубкой диаметром 6...8 мм и длиной 100-120 мм. Трубку, по возможности вертикально, опускают в заливное отверстие до упора и предохранительный щиток. Верхний конец трубки зажимают пальцем и вытаскивают ее из аккумулятора. Высота столбика электролита в трубке соответствует уровню электролита в аккумуляторе над предохранительным щитком. Нормальным считается уровень в пределах 10…15 мм.

Плотность электролиза измеряют денсиметром, помещенным в стеклянной пипетке. При измерении плотности рукой сжимаемся резиновая груша, а наконечник пипетки погружается в электролит через заливное отверстие аккумулятора. Плотность электролита отсчитывают по делению шкалы денсиметра, которое устанавливается на уровне мениска жидкости. Денсиметр не должен касаться стенок пипетки. Во время замера плотности уровень электролита в пипетке должен совпадать с уровней глаз. Чтобы учесть температурную поправку одновременно с измерением плотности измеряют температуру электролита. Приведение плотности электролита к температуре 25°С производится либо по формуле (2)_, либо прибавлением к реально замеренной плотности температурной поправки по таблице 1.

Таблица 1

Температура электролита при измерении плотности,˚С	Температурная поправка к показателям денсиметра,
От -55 до -41 От -40 до -26 От -25 до – 11 От -10 до 4 От 5 до 19 От 20 до 30 От 31 до 45 От 46 до 65	-0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 +0,01 +0,02

Степень разряженности определяют по величине измеренной плотности с учетом начальной плотности электролита полностью заряженной батареи в соответствующем климатическом районе.

, (4)

где ∆C - степень разряженности аккумулятора, %;

ɣ₃, ɣ_р - соответственно плотность электролита полностью заряженного и полностью разряженного аккумулятора при температуре 25°C, г/см³;

ɣ - измеренная плотность электролита, приведенная к температуре 25°C, г/см³.

Для проверки работоспособности свинцовых стартерных батарей емкостью до 190 А×ч со скрытыми межэлектродными перемычками или батареи в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под крышкой применяют аккумуляторный пробник типа Э107(рисунок 2). Пробник рассчитан для эксплуатации в районах с умеренным климатом при температуре окружающей среды от +1⁰С до + 35⁰С, атмосферном давлении (750±50) мм рт. ст. и относительной влажности до 80%.

Техническая характеристика аккумуляторного пробника: номинальное напряжение проверяемой батареи 12В; сопротивление нагрузочного резистора 0,1±0,015 Ом; режим работы при измерениях – повторно-кратковременный 5с – измерение, 15с – пауза; габаритные размеры 170´120´160 мм; масса – не более 0,9 кг.