Автомобильный аккумулятор представляют собой большую емкость с кислотой, из которой выходят два свинцовых токовода. Принцип действия аккумуляторов не изменился с 1860 года, когда француз Гастон Планте создал первую аккумуляторную батарею. Усовершенствования аккумуляторных батарей произошли в области материала пластин и решении вопроса сбора и возвращения испаряющейся воды (системы кондиционирования).
Чистый свинец, из которого первоначально делались и пластины непригоден при поточной технологии изготовления аккумуляторов. Для изготовления решетчатой структуры (обычно литьем) и последующего нанесения пасты нужен материал с более высокими механическими свойствами. Для их достижения в свинец добавляют сурьму. Легирование свинца сурьмой, обычно от 6 до 12 %, приводит к тому, что гидролиз воды (электролитическое разложение на водород и кислород) происходит уже при 12 В. Это означает, что даже при нормальном состоянии электрической системы автомобиля вода постоянно расходуется, улетучиваясь в воздух в виде газа. При неисправностях электросистемы автомобиля, ведущих к повышению и скачкам напряжения в ней, этот процесс многократно усиливается. Но если количество сурьмы свести к минимуму или заменить ее другим элементом, то аккумулятор можно сделать практически необслуживаемым. Полученные в результате конструкции обеспечивали стойкость к гидролизу при напряжениях до 16 В и выше, а значит при нормально работающей электросистеме (напряжения в пределах 14 В) вода практически не испаряется и аккумулятор можно сделать герметично закрытым на все время его эксплуатации.
Главной причиной выхода аккумуляторов из строя является физика электрохимического процесса зарядки и разрядки. Получая и отдавая ток, пластины с нанесенной на них пастой расширяются и сжимаются. Это происходит циклично много тысяч раз и в результате происходит механическое разрушение их структуры. Нанесенная на решетчатые пластины паста опадает с них, скапливаясь на дне. Еще до того, как рабочие поверхности оголятся и потеряют способность удерживать заряд, накопившийся шлам замкнет положительные и отрицательные пластины.
Для решения этой проблемы на дне аккумуляторов делали дополнительные емкости-отстойники, перегороженные ребрами, в которые собирался шлам. Позднее появились конверты-сепараторы. Сепараторы разделяют отрицательные и положительные пластины. Выполненные из пористого материала (полиэтилена), они как губка пропитаны электролитом и позволяют пластинам быть расположенными практически вплотную друг к другу.
Это значительно уменьшает размеры аккумуляторов и повышает их стойкость к механическим нагрузкам. Если сепараторы закрыть с трех сторон, они превращаются в конверты, в которых и накапливается опадающая с поверхности каждой пластины отработанная свинцовая паста. Потребность в отстойнике отпадает, пакеты пластин можно фиксировать прямо на дне, что повышает сопротивляемость к вибрациям и ударам. Высвобождается также дополнительное пространство по высоте. Его используют, создавая дополнительные резервы электролита (увеличивает время жизни аккумулятора), систему конденсирования и сбора испаряющейся воды.
Аккумуляторы одинаково боятся перезаряда и глубокой разрядки. В первом случае происходит интенсивное окисление, разрушение и осыпание материала положительных пластин, а во втором начинается оплывание пасты с отрицательных решеток. Перезаряд может наступить как на работающем автомобиле в случае неисправности электросистемы, так и при стационарной зарядке аккумулятора. Кальциевые и гибридные аккумуляторы в меньшей степени подвержены этой угрозе потому, что состав их свинца обеспечивает свойство самовыключаемости - они перестают принимать ток когда заряжены на 95-97 %.
Глубокая разрядка происходит по вине электросистемы (неисправный генератор), по причине ослабленного ремня генератора, окисления многочисленных контактов, а также замыканий на корпус, когда ток идет не к батарее, а на нагревание окружающего воздуха всей массой автомобиля. Возникшие неполадки легко заметить по проблемам пуска двигателя. Устраняются они стационарной зарядкой, а также поиском и устранением потери тока.
При разрядке опасны не только долгосрочные последствия (разрушение отрицательных пластин). Ниже границы в 2 В аккумулятор нельзя зарядить никакими устройствами. Электролит разряженного аккумулятора стремительно стремится превратиться в обычную воду, а она замерзает при минусовой температуре. Если заряженный аккумулятор переносит морозы потому, что серная кислота не замерзает, то в разряженном варианте он может не выдержать морозов.
|
