По сложности внутренних процессов и опасности составляющих веществ аккумулятор на автомобиле является исключительным изделием, требующим обеспечения необходимых условий для поддержания своей заряженности в изменяющихся условиях работы. Батареи постоянно совершенствуются: создаются новые материалы, применяются новые технологии при изготовлении. Неизменными остаются только применение аккумуляторной серной кислоты и процесс заряда для приведения изделия в состояние готовности к работе. В таком состоянии стартерные аккумуляторы и ожидают нас на прилавках магазинов. И какие же они все разные: по цвету материала корпусов и крышек, по наличию или отсутствию ручек для переноски и крышечек, закрывающих полюсные выводы, по наличию пробок заливных отверстий или полного их отсутствия, если батарея снабжена надписью «необслуживаемая».
Рассмотрим эти особенности с позиции доступности контроля состояния, общего режима обслуживания в процессе эксплуатации аккумуляторной батареи, полезности, безопасности и удобства. Если, например, заливные отверстия закрыты, что не всегда удобно при обслуживании батареи. Вот варианты:
- Пробки сблокированы по три штуки. Неудобно и непрактично.
- Все шесть пробок скреплены общей планкой, которая при открытии отверстий часто обламывается. Неудобно и непрактично.
- Пробки с резьбой имеют выступающую над крышкой часть для удержания при
завинчивании.Удобно и практично.
- Утопленные пробки имеют шлицевой разрез (под прямую отвертку), их можно
отвернуть даже монеткой. Если шлиц крестообразный, то таких отверток большого размера нет, приходиться «мудрить». Шлицы «сворачиваются» и отвернуть пробки становится проблематично. Неудобно и непрактично.
- Вентиляция из банок осуществляется по общему каналу вдоль крышки с выходом на её
торцевых сторонах. Одно отверстие в большинстве случаев закрыто глухой пробкой, либо оба отверстия ничем не закрыты. Неудобно.
- Вентиляция из банок осуществляется через отверстия (не более 1 мм.) в пробках около
шлица. При заворачивании и отворачивании пробок это отверстие часто повреждается смятием пластмассы и отход газов перекрывается. Непрактично.
- Имеются пробки, в которых вентиляционное отверстие находится в самом шлице-вом
пазе. В нём оседает пыль, которая под воздействием влажного выходящего газа превращается в грязь и перекрывает канал. Непрактично.(Имеются батареи вообще без пробок, так называемые «необслуживаемые». Из всех мероприятий по обслуживанию в них не предусмотрено одно — доливка дистиллированной воды. Они рассчитаны на идеальный режим эксплуатации при полном отсутствии каких-либо неисправностей в электрооборудовании. Но в любом случае более или менее интенсивно уровень электролита в банках всё-таки понижается. Это приводит к увеличению плотности электролита и, как следствие, — к снижению ресурса батареи. У такого аккумулятора имеются вентиляционные отверстия, через которые происходит удаление газов. На выходе канала, газы осушаются пористым фильтром от сопутствующей влаги (электролита), однако убыль неизбежна. Причина этого явления — в неизбежном электролизе воды при заряде батареи (без которого она функционировать не может). Расход резервного уровня над блоками пластин в любом аккумуляторе на автомобиле индивидуален, идеальных (лабораторных) условий в эксплуатации бывает крайне мало.
Если пробки в аккумуляторе просто необходимы для контроля заряженности и поддержания условий равномерного использования ресурса электродов, то ручки служат элементом удобства при переносе батареи, при снятии и установке. Они должны быть очень надёжными и обладать, как минимум, двукратным запасом прочности, быть удобными в пользовании. Этим требованиям ручки не всегда отвечают полностью: прогибаются, выскакивают из креплений, обрываются или обламываются, в результате тяжёлый аккумулятор падает. Последствия могут быть самыми плачевными.
Резервный уровень электролита в разных батареях различный: от 20 до 40 мм. У некоторых из них снаружи на корпусе нанесены уровни «max» и «min». Как по ним ориентироваться, доливая воду в банки, если корпус непрозрачен? Хорошо, когда внутри банок тубус имеет загнутую полоску для максимального уровня электролита, она хорошо видна и служит прекрасным ориентиром. Вот бы всем так!
Применение сепараторов в виде конверта на пластинах привело к отказу от установки призм в нижней части банок. Установка пластин в конверт-сепаратор потребовала ликвидации опорных «ножек» на нижней кромке пластин. Они стали ненужными и даже вредными. Вскрытие и осмотр некоторых типов батарей показывает, что на дне банок по-прежнему имеются высокие тонкие призмы, на которые поставлены блоки пластин с конвертами. Такая установка резко снижает площадь опоры и при незначительной вибрации происходит «проседание» тяжёлого блока пластин в банке, пластины под собственной тяжестью отрываются от ушек в верхней части.
Сохранение «ножек» высотой 2-3 мм. на нижних кромках пластин и установка таких пластин в конверт-сепаратор создают опасность преждевременного выхода аккумулятора из строя. Ножки из-за малой площади опоры продавливают сепаратор, прорывают его, создавая условия для замыкания разнополюсных пластин через шлам на дне банок (а его появление там в процессе эксплуатации неизбежно). Проколотый насквозь ножками сепаратор-конверт уже не может препятствовать возникновению короткого замыкания (КЗ) в блоке.
Устранение отмеченных недостатков позволит повысить надёжность работы стартерных аккумуляторных батарей в процессе эксплуатации автомобилей.
Владельцы патента RU 2414770:
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении свинцовых аккумуляторов. Согласно изобретению вентиляционные отверстия расположены в крышке или пробке аккумулятора и представляют собой два несоосных соединенных между собой отверстия (которые могут иметь в поперечном сечении форму круга, овала, многоугольника, а вдоль своей оси — форму конуса, спирали, ломанной), образующие лабиринтовый канал, начало которого лежит на внутренней поверхности крышки или пробки аккумулятора, а конец лежит на внешней поверхности крышки или пробки аккумулятора; причем лабиринтовый канал огибает вертикальную ось симметрии крышки или пробки аккумулятора. Техническим результатом является обеспечение непроливаемости электролита из аккумулятора при его наклоне до 120° при сохранении беспрепятственного удаления газов, образующихся в аккумуляторе, простота изготовления. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении свинцовых аккумуляторов.
Известна вентиляционная пробка свинцового аккумулятора (Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета, конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергия, 1978. С.64-65), выбранная в качестве аналога, которая способствует беспрепятственному удалению газов (водород, кислород), образующихся в аккумуляторе, а также служит для закрытия отверстия для заливки в аккумулятор электролита и воды.
Недостатком известной вентиляционной пробки является то, что вентиляционное отверстие расположено на вертикальной оси симметрии пробки, в результате чего при наклоне аккумулятора (что имеет место при транспортировке и установке аккумулятора на объект) происходит выливание из него электролита. Кроме того, недостатком аналога является также то, что в аккумулятор вода может быть долита только до определенной высоты, поскольку как только эта высота будет достигнута — перекрывается отверстие для выхода газа (Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета, конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергия, 1978. С.65, 1-й абзац сверху); это создает сложности при обслуживании аккумулятора, требующем корректировки плотности электролита путем доливки воды.
В качестве прототипа выбрана пробка с клапаном (Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета, конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергия, 1978. С.65-66), в корпус которой вмонтирован свинцовый грузик с резиновым клапаном. Под действием силы тяжести грузик ложится на горизонтальную плоскость, расположенную внутри корпуса пробки. Клапан, который свободно крепится к грузику, открывает отверстие, расположенное в нижней части корпуса пробки. Газ, скапливающийся в аккумуляторе, свободно проходит через паз, имеющийся в грузике, и далее через отверстие крышки в окружающую среду.
Недостатком прототипа является то, что при наклоне и переворачивании аккумулятора грузик отходит от горизонтальной плоскости корпуса и тянет за собой клапан, который закрывает отверстие в корпусе пробки, тем самым препятствуя выходу газа их аккумулятора (Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета, конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов. Л.: Энергия, 1978. С.66, 1-й абзац сверху). Кроме того, недостатком прототипа является также сложность изготовления.
Дополнительным недостатком и аналога и прототипа является то, что эти вентиляционные системы могут быть установлены только в пробке аккумулятора.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков аналога и прототипа и на решение задачи по обеспечению непроливаемости электролита из аккумулятора при его наклоне до 120° при сохранении беспрепятственного удаления газов, образующихся в аккумуляторе.
Поставленная задача достигается тем, что по-новому решена конструкция системы вентиляционных отверстий для удаления газов из свинцового аккумулятора: вентиляционные отверстия расположены в крышке или пробке аккумулятора и представляют собой два несоосных соединенных между собой отверстия (которые могут иметь в поперечном сечении форму круга, овала, многоугольника, а вдоль своей оси — форму конуса, спирали, ломанной), образующие лабиринтовый канал, начало которого лежит на внутренней поверхности крышки или пробки аккумулятора, а конец лежит на внешней поверхности крышки или пробки аккумулятора; причем лабиринтовый канал огибает вертикальную ось симметрии крышки или пробки аккумулятора.
Сопоставительный анализ с системами для удаления газов из свинцового аккумулятора показывает, что предлагаемое решение является новым.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-2 и состоит в следующем. Система вентиляционных отверстий может быть расположена в крышке (фиг.1-I) или пробке (фиг.1-II) аккумулятора. Вентиляционные отверстия представляют собой два несоосных соединенных между собой отверстия 1 и 2, которые могут иметь в поперечном сечении форму круга, овала, многоугольника, а вдоль своей оси — форму конуса, спирали, ломанной. Отверстия 1 и 2 образуют лабиринтовый канал, начало которого А лежит на внутренней поверхности крышки или пробки аккумулятора, а конец В лежит на внешней поверхности крышки или пробки аккумулятора; причем лабиринтовый канал огибает вертикальную ось симметрии m крышки или пробки аккумулятора. Газы, образующиеся в аккумуляторе, попадают в лабиринтовый канал через его начало А и затем через конец В удаляются в окружающую среду.
При наклоне аккумулятора до 120° обеспечивается непроливаемость электролита из него при сохранении беспрепятственного удаления газов, образующихся в аккумуляторе, поскольку при наклоне электролит из аккумулятора никогда не достигнет конца лабиринтового канала В и, соответственно, не будет выливаться из аккумулятора. На фиг.2 приведены примеры расположения системы вентиляционных отверстий в пробке при наклоне аккумулятора на 90°. В случае варианта а: поскольку в аккумуляторе имеется незаполненное электролитом подкрышечное пространство, то при наклоне аккумулятора электролит не достигает начала лабиринтового канала А и, соответственно, не попадает в отверстия 2 и 1 и не выливается из аккумулятора. В случае варианта б: электролит из аккумулятора попадает в отверстие 2, но не достигает точки пересечения отверстий К (поскольку в аккумуляторе имеется незаполненное электролитом подкрышечное пространство). В результате в обоих вариантах электролит никогда не достигнет В и не выльется из аккумулятора. При этом во всех случаях обеспечивается беспрепятственное удаление газов, образующихся в аккумуляторе. При расположении системы вентиляционных отверстий в крышке будет иметь место аналогичный механизм.
По аналогии с прототипом была изготовлена система вентиляции аккумулятора, а также предлагаемая система вентиляционных отверстий. Как показал эксперимент, в отличие от прототипа, предлагаемая система вентиляционных отверстий обеспечивает непроливаемость электролита из аккумулятора при его наклоне до 120° при сохранении беспрепятственного удаления газов, образующихся в аккумуляторе. При этом предлагаемая система может быть расположена или в пробке аккумулятора, или в его крышке. При расположении системы в крышке появляется возможность замены вентиляционной пробки на пробку без отверстий («глухую» пробку, выполняющую только функцию закрытия отверстия для заливки в аккумулятор электролита и воды); при этом появляется возможность расположения отверстия для заливки в аккумулятор электролита и воды в любом месте крышки, а не по центру крышки.
В отличие от прототипа, предлагаемая система характеризуется простотой изготовления.
Система вентиляционных отверстий для удаления газов из свинцового аккумулятора, отличающаяся тем, что вентиляционные отверстия расположены в крышке или пробке аккумулятора и представляют собой два несоосных соединенных между собой отверстия (которые могут иметь в поперечном сечении форму круга, овала, многоугольника, а вдоль своей оси — форму конуса, спирали, ломаной), образующие лабиринтовый канал, начало которого лежит на внутренней поверхности крышки или пробки аккумулятора, а конец лежит на внешней поверхности крышки или пробки аккумулятора; причем лабиринтовый канал огибает вертикальную ось симметрии крышки или пробки аккумулятора.
Термин «не требующий обслуживания» означает лишь, что аккумуляторы этого типа не требуют проверки электролита и периодической доливки в течение всего периода их эксплуатации, однако следует при необходимости производить их подзарядку. Общее устройство необслуживаемой аккумуляторной батареи показано на рисунке:
Рис. Необслуживаемая аккумуляторная батарея:
1 – неразъемная крышка; 2 – крышка вывода; 3 – межэлементный соединитель; 4 – клемма; 5 – перегородка; 6 – перемычка пластин; 7 – корпус; 8 – нижняя установочная направляющая; 9 – положительные пластины, помещенные внутрь сепараторов; 10 – отрицательные пластины
Некоторые аккумуляторы герметизированы, но снабжены выпускным клапаном, через который могут уходить лишние газы, образующиеся в нештатных ситуациях и доливка в них вообще невозможна, в других аккумуляторах отверстия с пробками сохранены, так что в случае непредвиденного газовыделения в них можно долить воду.
Многие современные модели аккумуляторных батарей снабжены специальным индикатором, позволяющим быстро оценить их состояние. Принцип работы индикатора достаточно прост. В электролит опущен световод, к которому прикреплен короб с пластмассовым шариком зеленого цвета внутри.
Рис. Индикатор заряженности:
1 – световод; 2 – поплавок; 3 – короб
Плотность пластмассы подобрана таким образом, чтобы при повышении плотности электролита шарик всплывал вплотную к срезу световода, создавая эффект зеленого свечения. При разряде аккумулятора, когда плотность электролита снижается, он погружается, и зеленое свечение исчезает. Таким образом, шарик играет роль ареометра – указателя плотности электролита. Кроме того, шарик уйдет вниз и при критическом понижении уровня электролита в батарее.
Рис. Принцип работы индикатора заряженности
Если индикатор зеленый это свидетельствует о полной степени заряженности. При потемнении индикатора и приближении его цвета ближе к черному необходима зарядка аккумулятора. Если индикатор бесцветный или желтый это свидетельствует о полной разрядке аккумулятора и недопустимом снижении уровня электролита и такой аккумулятор выбраковывается.
Необслуживаемые АКБ характеризуются решетками с наплавленным свинцом с низким содержанием сурьмы в целях уменьшения газогенерации и сопутствующей потери воды во время зарядки. Это позволяет продлить срок работы электролита и его проверки, которая производится каждые 25 месяцев или 40 тыс. км пробега для аккумуляторных необслуживаемых батарей (согласно стандартам DIN); аккумуляторные батареи с малым объемом технического обслуживания и ремонта проверяются каждые 15 месяцев или 25 тыс. км пробега.
У полностью необслуживаемых аккумуляторных батарей (свинцово-кальциевых) уровень электролита не контролируется. За исключением двух очень небольших вентиляционных отверстий этот тип батареи полностью герметизирован. Пока электрическая система нормально работает (и = const.), разложение воды минимально, и электролит сохраняет свой уровень выше активных пластин. Этот тип свинцово-кальциевых аккумуляторов имеет дополнительное преимущество за счет ограниченного саморазряда, делая его наиболее приспособленным для сохранения энергии до нескольких месяцев. Обязательным условием эксплуатации такого аккумулятора является точное регулирование напряжения на выходе генератора на уровне 14.4 В. При повышении напряжения заряда из электролита начнут выделяться газы и это приведет к потере воды. Если необслуживаемая аккумуляторная батарея повторно заряжается с помощью неавтомобильного зарядного устройства, то напряжение заряда никогда не должно превышать 2,3…2,4 В на гальванический элемент.
Одной из проблем современных аккумуляторов является испарение и утечки электролита при повреждении батареи в случае аварии. Отдельные фирмы в своих аккумуляторах устанавливают плоские прокладки, расположенные между пластинами основу которых составляет стекловолокно, впитывающие электролит, при этом все края пластин остаются сухими. Это позволяет предотвратить испарения и утечки электролита. Дополнительно во время заряда аккумулятора, когда степень заряженности аккумулятора близка к полной, на положительных пластинах начинает выделяться кислород, тогда как в обычных аккумуляторах в это же время начинает выделяться водород на отрицательных пластинах. Образующийся кислород попадает сквозь сепаратор на отрицательные пластины, заполненные сернокислым свинцом, и преобразует его в чистый свинец и кислоту. Потенциал отрицательных пластин не достигает уровня, при котором начинает выделяться водород, и поэтому потеря воды не происходит. Кроме этого, батареи такой конструкции могут выдерживать значительно большее количество циклов разряда-заряда, и их срок службы составит в зависимости от условий эксплуатации 8…12 лет. Ток холодного запуска возрастает на 70…90 А.
В целях удобства наблюдения за техническим состоянием АКБ, чтобы не открывать капот автомобиля, в современных автомобилях применяются различные источники информации: световые табло, звуковые сигналы и синтезаторы речи сообщающие например, сколько можно сделать повторных запусков и через какое время.