Bateriové zařízení
Standardní olověná startovací baterie (AKB) je sekundárním zdrojem elektrické energie. Po hlubokém vybití lze jeho funkčnost obnovit průchodem elektrického proudu v opačném směru, než kterým protékal proud při vybíjení. Baterie funguje tak, že při nabíjení přeměňuje elektrickou energii na chemickou a při vybíjení chemickou energii na elektrickou. Jmenujme účinné látky olověné baterie, které se účastní procesu generování proudu:
- na kladné elektrodě – tmavě hnědý oxid olovnatý;
- Na záporné elektrodě je šedé houbovité olovo.
Na procesu generování proudu se podílí také elektrolyt, vodný roztok kyseliny sírové o hustotě 1,28 g/cm3. Během procesu výboje se aktivní hmota pozitivní i negativní elektrody přemění na síran olovnatý (dvojitá sulfatace). V tomto případě se hustota elektrolytu do konce vybíjení sníží na 1,08-1,10 g/cm3.
Nejběžnější autobaterie mají jmenovité napětí 12 V a kapacitu 36 až 190 Ah.
Typy baterií dostupné v Rusku
Četné olověné startovací baterie mají vlastní design a technologické vlastnosti v závislosti na jejich konstrukci, ale jejich konstrukce má mnoho společného. Všechny obsahují různé elektrody oddělené separátory umístěnými v nádobě naplněné elektrolytem. Podle použitých materiálů při výrobě a použitých konstrukčních, technologických a provozních vlastností lze moderní baterie rozdělit na dva hlavní typy: klasické a bezúdržbové.
Klasické baterie
V Rusku se baterie klasického typu vyrábějí jak v monoblocích se samostatnými víky utěsněnými bitumenovým tukem, tak v monoblocích se společným víkem utěsněným kontaktním tepelným svařováním. Akumulátory s oddělenými kryty mají vícečlánkové, obvykle ebonitové tělo (nebo jiný kyselinovzdorný plast), které je rozděleno přepážkami (16) do bank podle počtu baterií. Každá plechovka obsahuje blok střídavě kladných (5) a záporných (3) elektrod se separátory umístěnými mezi nimi. Každý blok lze tedy nazvat samostatnou baterií, poskytující napětí 2 V na svorkách elektrod.
Vzhledem k tomu, že při provozu baterie se nevyhnutelně tvoří kal ve formě sedimentu usazujícího se na dně monobloku, je mezi dnem a nosnými hranoly elektrod (1) vytvořena mezera. Baterie selže, pokud je celý prostor pod elektrodami zaplněn kalem a ten zkratuje protilehlé elektrody. Důvodem vzniku kalu je tavení částic aktivní hmoty kladných elektrod.
Zařízení autobaterie
Rýže. 1 Baterie se samostatnými kryty
Elektrody se skládají z aktivní hmoty držené na sběrači proudu mřížkové struktury. Úlohou separátorů je oddělit od sebe činidla, která se účastní elektrochemických procesů, a také zajistit difúzi elektrolytu z jedné elektrody na druhou. Pro zlepšení přístupu elektrolytu k aktivní hmotě kladné elektrody je strana separátoru přivrácená k ní vyrobena žebrováním. Sousední baterie v baterii jsou zapojeny do série externím proudovým vedením, nazývaným svorka (8). Vývody vnějších baterií jsou přivařeny k pólovým vývodům (9) a (14), přes které je baterie připojena k veškerému elektrickému vybavení vozu. Svorky baterie jsou záměrně vyrobeny tak, aby měly různé průměry. Tím je zajištěno, že nedojde k chybě při připojení baterie k síti, kdy může být kladný pól připojen místo záporného. Aby nedošlo k poškození horních hran separátorů při měření hladiny a hustoty elektrolytu, je v horní části bloku elektrod instalován ochranný štít (7).
Baterie, instalovaná v monoblokové komoře článku, je vybavena speciálním individuálním ebonitovým krytem se dvěma otvory opatřenými průchodkami pro svorky elektrodového bloku. Pro plnění elektrolytu a provádění údržby baterie je ve víku speciální otvor se závitem, uzavřený polyetylenovou zátkou s ventilačním otvorem pro uvolňování plynů. Za účelem hermetického utěsnění nových suchých nabitých baterií má zátka, která uzavírá ventilační otvor, zaslepovací očko, které se před uvedením baterie do provozu odstraní (odřízne).
V poslední době se široce používají akumulátory s běžným monoblokovým krytem z kopolymeru propylen-etylen, jejich provedení je znázorněno na Obr. 2. Monoblok (1) obsahuje elektrodové bloky, včetně protilehlých elektrod (2) a (3) a separátorů (4). Bloky jsou navzájem spojeny pomocí zkrácených meziprvkových spojů (6) přes otvory v příčkách (5) monobloku. Všech 6 baterií je zakryto jediným krytem (7). Vzhledem k parametrům termoplastického plastu a použité metodě kontaktního tepelného svařování je zachována těsnost baterie jak po obvodu, tak mezi jednotlivými bateriemi při teplotách od -50 do +70 °C.
Zařízení autobaterie
Rýže. 2 Baterie se společným krytem
Bezúdržbové baterie
Přenos antimonu obsaženého ve slitině kladných vodičů (při jejich korozi) roztokem na povrch záporné elektrody je hlavní „nemocí“ tradičních olověných baterií. Výskyt této „nemoci“ je charakterizován prudkými emisemi plynu doprovázenými „vařením“ elektrolytu v důsledku elektrolytického rozkladu vody, která do něj vstupuje na konci nabíjecího procesu a při mírném přebíjení. Depozice antimonu snižuje napětí na elektrodách baterie, při kterém se voda rozkládá na kyslík a vodík. V bezúdržbových bateriích se k výrobě proudových přívodů používají slitiny se sníženým obsahem antimonu nebo antimon vůbec žádný. Výhodou baterií tohoto typu je navíc to, že jedna z elektrod je umístěna v separátoru-obalu z mikroporézního polyethylenu s nízkým elektrickým odporem.
V takovémto provedení baterie již není potřeba kvůli úplnému vyloučení zkratování elektrod různé polarity instalovat nosné hranoly, blok elektrod je namontován na spodní straně monobloku, přičemž je snížena celková výška baterie. A ta část elektrolytu, která se dříve při provozu baterie nepoužívala (nacházela se v kalové komoře monobloku), je nyní umístěna nad elektrodami a doplňuje zásobu spotřebovanou během provozu. V USA se takové baterie začaly vyrábět s použitím slitiny olova a vápníku (Ca – 0,07 – 1,0%; Sn – 0,1 – 1,2%; zbytek je Pb) jako materiálu pro proudové přívody a také kladné a záporné elektrody. U těchto baterií byly emise plynů sníženy natolik, že je umožnily používat po dobu nejméně dvou let bez přidání vody. Konstruktéři odstranili otvory pro přidávání vody a označili je za zcela bezúdržbové. Samovybíjení takových baterií se zpomalilo více než 6x a objevily se i vážné nedostatky. S několika hlubokými vybitími takové baterie rychle ztratily kapacitu a tato okolnost jim neumožnila získat dostatečně znatelné rozšíření v Evropě a Rusku.
Později byly na trh v USA uvedeny tzv. „calcium plus“ neboli hybridní baterie. Obsahovaly až 1,5–1,8 % antimonu a až 1,4–1,6 % kadmia v kladném vedení proudu, zatímco měly vedení záporného proudu olovo-kadmium. Takové baterie mají parametry pro spotřebu vody a samovybíjení, které jsou 2x vyšší než u baterií s nízkým obsahem antimonu, ale stále jsou horší než olověné baterie. V Evropě se bezúdržbové baterie rozšířily na začátku 80. let. Jednalo se o baterie s obsahem antimonu sníženým na 2,5 – 3 procenta. Spotřeba vody a samovybíjení těchto baterií je 2-3krát vyšší než u baterií s vápenatými sběrači proudu, a to bylo důvodem pro další práci na zdokonalování baterií, zejména vývoj hybridních baterií. Konec 90. let byl dobou, kdy se v USA a Evropě objevily baterie s proudovými vývody ze slitiny olova a vápníku s přídavkem nových legujících komponentů (včetně stříbra), které se nebály hlubokého vybití.
U nás se vyrábí bezúdržbové baterie s kapacitou 44 až 90 A-h, jejichž proudové vývody jsou vyrobeny z nízkoantimonové slitiny s obsahem antimonu 1,7 až 3 %. Při použití baterií bez otvorů pro doplňování vody by si majitelé automobilů měli uvědomit, že tyto baterie jsou velmi citlivé na technický stav celé elektrické soustavy automobilu. Napětí generátoru, regulátoru napětí a hnacího řemenu generátoru musí být vždy v normálních mezích. Životnost baterie je také ovlivněna přítomností svodů proudu v elektrickém systému. Naprostá většina baterií vstupujících na ruský trh z evropských zemí má hybridní provedení nebo dva proudové přívody ze slitiny olova a vápníku. Nízkoantimonové slitiny s obsahem antimonu 1,6 až 1,8 % používají výrobci baterií pro elektrody obou polarit při výrobě suchých baterií.
Více o sortimentu baterií se dozvíte na stránkách našeho katalogu.