До начала семидесятых годов традиционные автомобильные аккумуляторные батареи изготавливали в корпусах из эбонита или кислотостойкого пластика. С отдельными аккумуляторными крышками и герметизировали битумной мастикой. Поэтому их периодически требовалось очищать от пыли и грязи с целью снижения саморазряда по перемычкам, находящимся на поверхности крышек.
Автомобильные аккумуляторные батареи с отдельными крышками, устройство, опорная призма, моноблок, электроды, сепаратор, мостик, борн, крышка, пробка, перемычка.
В семидесятые годы с развитием производства полимерных материалов завоевали рынок автомобильные аккумуляторные батареи в тонкостенных моноблоках из сополимера пропилена с этиленом. Они имеют единую для всех аккумуляторов общую крышку. Ее герметизация происходит при помощи контактно-тепловой сварки без использования мастики. Поверхностный саморазряд по общей крышке снизился. Однако скорость внутреннего саморазряда не изменилась.
Автомобильные аккумуляторные батареи с отдельными крышками.
Автомобильные аккумуляторные батареи с отдельными крышками собирают в одном многоячеечном корпусе — моноблоке, из кислотостойкой пластмассы (эбонит, наполненный полиэтилен, полипропилен). Разделенном перегородками на отдельные ячейки. Количество ячеек равно количеству аккумуляторов в батарее. На дне каждой камеры выполнены по четыре опорных призмы, на которые устанавливают нижними частями электроды и сепараторы.
Пространство между опорными призмами служит для накапливания шлама. Осадка, образующегося во время эксплуатации из-за оплывания частиц активной массы положительных электродов. Когда объем шламового пространства заполнится, произойдет замыкание нижних кромок разноименных электродов и аккумулятор потеряет свою работоспособность.
В каждой ячейке моноблока находится блок электродов. Он состоит из чередующихся положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами. Электрическая емкость одного электрода определяется площадью его рабочей поверхности и толщиной. Для получения необходимой емкости аккумулятора, кратной емкости одного электрода, их соединяют полюсными мостиками в параллельные группы посредством газовой сварки.
Устройство автомобильной свинцовой стартерной аккумуляторной батареи с отдельными (аккумуляторными) крышками.
Для обеспечения дальнейшего последовательного соединения соседних аккумуляторов между собой в батарею, к полюсным мостикам приваривают борн. Он служит наружным токоотводом аккумулятора. Соотношение между количеством положительных и отрицательных электродов зависит от требований, предъявляемых к батарее. При этом количество электродов различной полярности не может различаться больше, чем на одну единицу.
Традиционно до середины 50-х годов отрицательных электродов в аккумуляторе было на один больше, чем положительных. При этом положительные электроды были на 10-20 % толще отрицательных. А два крайних (наружных) отрицательных электрода имели толщину на 40 % меньше положительных.
Однако, благодаря исследованиям, проведенным во второй половине прошлого века, появились автомобильные аккумуляторные батареи, в которых количество отрицательных и положительных электродов одинаково. А также автомобильные аккумуляторные батареи с количеством положительных электродов на один больше, чем отрицательных. В этих случаях оба электрода имеют, как правило, одинаковую толщину.
Все три варианта конструкции электродного блока равноценны с точки зрения долговечности. А материалоемкость варианта с крайними положительными электродами является минимальной.
Токоотводы (решетки) аккумуляторных электродов.
Электрод каждой полярности состоит из активной массы, нанесенной на токоотвод решетчатой конструкции (решетку). Токоотвод аккумулятора выполняет двойную функцию. Он является не только проводником первого рода, по которому генерируемая активной массой электрическая энергия передается посредством мостов, борнов и перемычек во внешнюю электрическую цепь, но и служит конструкционным элементом, обеспечивающим механическое удержание активной массы и возможность параллельного соединения электродов между собой в блоки при помощи ушек.
Он представляет собой сетку. Состоящую из вертикальных или наклонных ребер и горизонтальных жилок, расположенных внутри прямоугольной рамки. В верхней части рамки выполнено ушко. Оно служит для параллельного соединения электродов в блок при помощи полюсного мостика, как упоминалось выше. В нижней части токоотвода выполнены две ножки. Ими электрод опирается на призмы на дне моноблока.
Активная масса электродов имеет высокую пористость (47-60 %). У заряженных аккумуляторов на положительном электроде она состоит в основном из двуокиси свинца (85-90 %). А на отрицательном электроде — из губчатого свинца (80-90 %). Кроме того, в активных массах остаются в небольшом количестве промежуточные окислы и сульфат свинца. Их содержание на первых циклах эксплуатации снижается за счет более полного формирования активных материалов при повторяющихся зарядах.
Сепараторы, расположенные между разноименными электродами, служат для пространственного разделения участвующих в электрохимических превращениях реагентов. Обеспечивая тем самым работоспособность аккумулятора. Также сепараторы обеспечивают возможность диффузии электролита от одного электрода к другому.
Они изготовлены в виде тонких листов из кислотостойкого материала с микропористой структурой. Наиболее широко распространены сепараторы типа мипласт из порошкообразного поливинилхлорида. Изготавливаемые методом спекания на металлической ленте.
Сепараторы автомобильных свинцовых стартерных аккумуляторных батарей.
При протекании электродных реакций у положительного электрода происходит более значительное изменение концентрации и плотности электролита, чем у отрицательного. Поэтому сторона сепаратора, обращенная к положительному электроду, выполнена ребристой для облегчения доступа электролита к поверхности активной массы. Высота ребра, как правило, превышает половину толщины электрода.
В современных модификациях сепараторов на стороне, обращенной к отрицательному электроду, также выполнены ребра высотой 0,2-0,4 мм для улучшения условий диффузии и у этого электрода. В верхней части электродного блока иногда устанавливают перфорированный предохранительный щиток. Защищающий верхние кромки сепараторов от механических повреждений при замерах уровня и плотности электролита.
Крышка аккумулятора из пластмассы или эбонита.
Каждый аккумулятор после установки электродного блока в камеру-ячейку моноблока закрывают сверху отдельной крышкой, изготовленной из эбонита или пластмассы. В каждой крышке выполнены по два отверстия. С залитыми в них свинцовыми втулками, через которые проходят при сборке выводные борны электродного блока. Между ними расположено резьбовое отверстие для заливки электролита и обслуживания аккумулятора. После заливки электролита резьбовое отверстие закрывают пробкой из полиэтилена.
Для герметичной укупорки новых сухозаряженных батарей в верхней части пробки над вентиляционным отверстием выполнен глухой прилив. Его после заливки электролита необходимо срезать для обеспечения нормальной эксплуатации. В результате получается небольшое (2-3 мм) вентиляционное отверстие, предназначенное для выхода газов.
Вентиляционные пробки аккумулятора.
Электродный блок, установленный в ячейку моноблока и закрытый крышкой, является отдельным аккумулятором с номинальным напряжением 2 В. Соединение аккумуляторов в батарею производится при помощи межэлементных соединений в виде свинцовых перемычек. Они располагаются над крышками.
Для последовательного соединения аккумуляторов в батарею один конец перемычки сваривают с выводным борном одного аккумулятора, приваренным к мостику, соединяющему положительные электроды. А другой ее конец сваривают с выводным борном соседнего аккумулятора, приваренным к мостику, соединяющему отрицательные электроды и так далее.
Автомобильные аккумуляторные батареи 6СТ-90 и 6СТ-75.
К выводным борнам крайних аккумуляторов батареи приваривают полюсные выводы. Они служат для соединения батареи с внешней электрической цепью. Положительный и отрицательный выводы имеют различные диаметры. Это исключает возможность переполюсовки при подключении батареи к бортовой сети автомобиля.
Герметизация аккумуляторов в местах сопряжения крышек со стенками и перегородками моноблока осуществляется при помощи битумной заливочной мастики. Автомобильные аккумуляторные батареи массой более 30 кг (емкостью более 90 Ач) снабжены ручками.
По материалам справочника «Аккумуляторные батареи».
Курзуков Н. И., Ягнятинский В. М.