Politechnika Rzeszowska

ZPSiSS

Sprawozdanie z elektrotechniki

` Al.-Hamarneh Fajr

IV MDE

1. Cel i zakres ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, rodzajami i sposobami badań akumulatorów rozruchowych stosowanych w pojazdach samochodowych.

2. Wstęp teoretyczny:

Akumulator jest źródłem prądu stałego i służy do zasilania urządzeń elektrycznych pojazdu zarówno w czasie, gdy silnik nie pracuje jak i podczas pracy silnika. Akumulator sam nie wytwarza energii elektrycznej, lecz tylko ją przechowuje. Energia elektryczna doprowadzona do akumulatora z obcego źródła (np. z alternatora sa­mochodu) zostaje w nim na drodze przemian elektrochemicznych zmagazynowana w postaci energii chemicznej, która w razie potrzeby może być z powrotem zamieniona na energię elektryczną.

Akumulatory ogólnie można podzielić na:

1. zasadowe

2. kwasowe (Stosowane jako akumulatory rozruchowe w pojazdach samochodowych)

W zależności od zastosowania:

1. klasa A — dotyczy w szczególności akumulatorów do pojazdów osobowych, małych pojazdów dostaw­czych i o podobnym zastosowaniu

2. klasa B — dotyczy w szczególności akumulatorów do ciężarówek, autobusów, taksówek, samochodów przemysłowych, maszyn budowlanych i o podobnym zastosowaniu

W zależności od możliwości stosowania różnych strefach klimatycznych:

1. przeznaczone do pracy w klimacie umiarkowanym i zimnym

2. przeznaczone do pracy w klimacie tropikalnym (do oznaczenia dodaje się literkę T np. AT, BT.

Budowa akumulatora:

Akumulator samochodowy składa się z ogniw połączonych szeregowo za pomocą łączników międzyogni­wowych. Ponieważ napięcie jednego naładowanego ogniwa wynosi 2,4 V, akumulator 12 V składa się z sze­ściu ogniw.

Ogniwo akumulatora składa się z naczynia, zespołu płyt dodatnich i zespołu płyt ujemnych, tworzących ra­zem zestaw płyt, przekładek izolacyjnych (tzw. separatorów), mostków biegunowych z końcówkami, łączników międzyogniwowych. Złożone ogniwo jest napełnione elektrolitem.

Naczynia ogniw są wykonane jako jednolite naczynie podzielone przegrodami na komory przeznaczone do umieszczenia w nich poszczególnych ogniw. Każde naczynie ogniwa ma na dnie cztery progi. O jedną parę pro­gów opierają się stopy płyt dodatnich, a o drugą - ujemnych, co zapobiega zwarciom. Przestrzeń między progami tworzy komorę osadową, w której zbiera się masa czynna spływająca z płyt, co również zapobiega możliwości powstawania zwarć.

Płyta akumulatorowa stanowi elementarna elektrodę ogniwa akumulatora. Wykonana jest ona w kształcie kratownicy (starsze typy akumulatorów) odlanej ze stopu ołowiu z niewielkim dodatkiem antymonu. Kratownica płyt jest wypełniona tzw. masą czynną. W górnej części ramka kratownicy przechodzi w chorągiewkę, a w dolnej ma dwa występy (stopy), którymi opiera się o progi naczynia. Stopy płyty dodatniej są przesunięte w stosunku do płyty ujemnej.

Masa czynna stanowi ośrodek przemian chemicznych zachodzących przy współudziale elektrolitu podczas ładowania i wyładowania akumulatora. Masę czynną stanowi wypełniacz składający się z mieszaniny tlenków ołowiu. Ilościowy stosunek tych tlenków jest różny dla płyt dodatnich i płyt ujemnych. Tlenki ołowiu wymieszane z rozcieńczonym kwasem siarkowym tworzą pastę, którą wypełnia się kratownice płyt. Tak przygotowana masa czynna jest masą surową i wypełnione nią płyty muszą być poddane formowaniu, tzn. elektrochemicznej przemia­nie surowej masy czynnej za pomocą wstępnego ładowania. Masa czynna płyt jest porowata, dzięki czemu uzy­skuje się większą powierzchnie jej styczności a elektrolitem niż byłoby to możliwe przy zastosowaniu pełnej płyty ołowianej.

Płyta dodatnia od której umownie płynie prąd w obwodzie zewnętrznym, w czasie gdy akumulator zasila odbiorniki (tzn. w czasie wyładowania). W stanie naładowanym płyta dodatnia jest koloru ciemnobrązowego i jej masę czynną stanowi dwutlenek ołowiu, a w stanie wyładowanym jest koloru jasnobrązowego i jej masę czynna stanowi siarczan ołowiawy.

Płyta ujemna do której płynie prąd z obwodu zewnętrznego, w czasie gdy akumulator zasila odbiorniki (tzn. w czasie wyładowania). W stanie naładowanym płyta ujemna jest koloru szaroniebieskiego i jej masę czynną stanowi ołów gąbczasty, a w stanie wyładowanym jest koloru ołowiano-szarego i jej masę czynna stanowi rów­nież siarczan ołowiowy.

Zespół płyt - mniejsza lub większa liczba płyt jednoimiennych połączonych za pomocą przewodzącego mostka biegunowego w celu powiększenia powierzchni masy czynnej stykającej się z elektrolitem, od czego za­leży pojemność ogniwa. Zespół składający się z płyt dodatnich nazywamy zespołem płyt dodatnich, a z ujemnych - zespołem płyt ujemnych. Zespół płyt ujemnych ma zawsze o jedną płytę mniej niż zespół płyt dodatnich.

Mostek biegunowy wykonany z ołowiu służy do łączenia płyt jednego znaku w zespół. W wycięciu mostka wlutowuje się chorągiewki płyt. Wystająca część mostka stanowi końcówkę ogniwa, która służy do łączenia ogniw ze sobą lub z obwodem zewnętrznym.

Zestaw płyt - dwa zespoły płyt, ujemny i dodatni, wsunięte jeden w drugi tak, aby płyty dodatnie i ujemne znajdowały się w nim na przemian. Ponieważ zespół płyt ujemnych ma o jedna płytę więcej niż dodatni, w zesta­wie płyt zewnętrzne są płyty ujemne, co umożliwia wykorzystanie obu stron skrajnych i zabezpiecza je przed wypaczeniem. Między płyty w zestawie są nałożone przekładki izolacyjne tzw. separatory.

Przekładki izolacyjne (separatory) służą do izolowania od siebie płyt różnej biegunowości. Przekładki mu­szą być bardzo cienki i sztywne oraz nie mogą hamować wymiany kwasu płyt.

Łączniki miedzyogniwowe wykonane z ołowiu służą do łączenia ogniw zestawionych w akumulator. Łącz­niki nasadzone są na końcówki ogniw i przyspawane do nich w celu zapewnienia dobrego przewodzenia prądu.

Pokrywa górna służy do zamknięcia od góry poszczególnych ogniw akumulatora po umieszczeniu w nich zestawu płyt. Każde ogniwo zaopatrzone jest we własny otwór w pokrywie, zaopatrzony w gwint i zamykany korkiem służący do napełniania ogniwa elektrolitem oraz jego uzupełniania.

Korek ogniwa ma otwór labiryntowy umożliwiający ujście wydzielających się w ogniwie gazów i utrud­niający wydzielanie się elektrolitu.

Zaciski akumulatora są wlutowane na końcówkach biegunowych i służą do łączenia akumulatora z obwo­dem zewnętrznym. W celu uniknięcia pomyłek w łączeniu końcówek przewodów z akumulatorem wymiary zaci­sków są znormalizowane. Zacisk dodatni jest nieco grubszy niż ujemny, co chroni przed niewłaściwym połącze­niem. Na górnych powierzchniach zacisków akumulatora powinny być głęboko wyryte znaki „+” i „-”.

Elektrolit - chemicznie czysty kwas siarkowy rozcieńczony wodą destylowaną. Ciężar właściwy elektrolitu do akumulatorów powinien wynosić1,28 g/cm³. Normalny poziom elektrolitu powinien znajdować się 15 mm ponad górną powierzchnią płyt.

Rozwiązania stosowane w nowszych typach akumulatorów.

• uzyskano znaczną odporność na wstrząsy dzięki wzmocnieniu połączeń płyt przy mostkach klejem antywibracyj­nym

• wzmocniono separatory włóknem szklanym dzięki czemu uzyskano wyższą trwałość

• zastosowano stopy ołowiu nie zawierające antymonu, którego uwalnianie prowadzi do samorozładowania akumulatora

• wprowadzono w celu wzmocnienia płyt i mostków nieaktywny wapń który podwyższa elastyczność ołowia­nych siatek i połączeń

• wprowadzono dodatkowe separatory kopertowe mieszczące płyty dodatnie, co wyklucza zwarcia wewnątrz ogniw

• w budowie płyt zastosowano stop srebra, ołowiu i wapnia (seria Silver)

• poprawiono geometrię siatki płyt uzyskując zwiększony przepływ prądu

• Centra wprowadziła na rynek akumulator w którego budowie wykorzystano okrągłe cele ze spiralną kratką ołowiowo cynkową o znacznej powierzchni czynnej, daje to w rezultacie dużą zdolność rozruchową w niskich temperaturach, krótki czas ładowania (można go ładować prądem ponad 100 A), niskie samorozładowanie, wysoką odporność na wstrząsy

Właściwości elektryczne akumulatorów

Zdolność rozruchowa wyraża się prądem wyładowania I, określonym przez producenta, jaki akumulator może dostarczać w temperaturze:

• 18⁰ C w przypadku klasy A lub B

0⁰ C w przypadku klasy AT lub BT

w ciągu 60 s do uzyskania minimalnego napięcia o wartości U₁ = 8,4 V.

Pojemność akumulatora rozruchowego określa się w temperaturze 25 ± 2⁰ C.

• pojemność znamionowa C_a jest to ładunek elektryczny w (Ah), jaki akumulator może dostarczyć przy prądzie o wartości

do uzyskania końcowego napięcia o wartości U_r­ = 10,5 V.

• pojemność rzeczywista C_c może być określona przez wyładowanie akumulatora prądem o stałym natężeniu I_n do uzyskania końcowego napięcia U_r = 10,5 V.

• pojemność znamionowa rezerwowa C_r,a określona jest czasem w (minutach), w którym akumulator może być wyładowany prądem 25 A do uzyskania końcowego napięcia U_r = 10,5 V.

Zdolność przyjmowania ładunku wyraża się w wartości i określonej stosunkiem wartości:

• prądu I, który przyjmuje częściowo rozładowany akumulator w temperaturze 0 ⁰C przy wyładowaniu stałym napięciem 14,4 V.

• oraz o wartości I = C/20

Zdolność zachowania ładunku określa się jak zdolność rozruchową w niskiej temperaturze akumulator naładowa­nego i napełnionego po przechowywaniu z otwartym obwodem w określonych warunkach (temperatury, czasu)

Odporność cykliczna określa zdolność akumulatora do spełniania powtarzalnych cykli wyładowanie / ładowanie wraz z długimi okresami postoju z otwartym obwodem. Zdolność tę należy badać w wielu cyklach pracy i okre­sów postoju w określonych warunkach, po czym,, należy określić zdolność rozruchową w niskiej temperaturze.

Badania akumulatorów.

1. Sprawdzanie pojemności

2. Sprawdzanie pojemności rezerwowej

3. Badanie zdolności rozruchowej

4. Badanie zdolności przyjmowania ładunku

5. Badania zdolności zachowywania ładunku

6. Badanie odporności cyklicznej

7. Badanie zużycia wody

3. Przebieg ćwiczenia:

Ćwiczenie polegało na pomiarze napięcia, gęstości i poziomu elektrolitu.

Badaniu poddano akumulator 12 V, którego pojemność nie była oznaczona (najprawdopodobniej 45 Ah).

Nr kolejny ogniwa	Gęstość elektrolitu [g/cm^3]	Poziom elektrolitu [mm]
1	1,25	2
2	1,28	5
3	1,28	5
4	1,28	5
5	1,28	4
6	1,25	0

Napięcie mierzone przy pomocy woltomierza oporowego (3,6 kΩ) — 9V)

Wnioski:

Na podstawie wykonanych pomiarów możemy stwierdzić że:

• że gęstość elektrolitu w celach 1 i 6 jest trochę za mała, a w celach od 2 do 5 jest odpowiednia świadczy to o dobrym stanie naładowania akumulatora,

• poziom elektrolitu w komorach jest za niski w stosunku do zalecanych 15[mm] nad płytami,

• napięcie mierzone za pomocą woltomierza oporowego świadczy o niezdatności akumulatora do dalszej pracy. Napięcie wynoszące 9 V może najprawdopodobniej świadczyć o uszkodzeniu połączeń pomiędzy kolejnymi ogniwami akumulatora.

---