Методическая разработка открытого занятия по теме "Аккумуляторные батареи"

ГОРЛОВСКИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫЙ ТЕХНИКУМ

ГОСУДАРСТВЕННОГО ВЫСШЕГО УЧЕБНОГО ЗАВЕДЕНИЯ

«ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

открытого занятия по теме

«Аккумуляторные батареи»

дисциплины «Электрооборудование автомобилей»,

специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

2016

Методическая разработка открытого занятия по дисциплине «Электрооборудование автомобилей» на тему «Аккумуляторные батареи».

Изложена методика проведения лекционного занятия с использованием элементов новейших педагогических технологий.

Для преподавателей дисциплины «Электрооборудование автомобилей» образовательных учреждений среднего профессионального образования.

Рецензенты:

Рассмотрено и одобрено на заседании

цикловой комиссии «Устройство, ремонт и техническая

эксплуатация транспортных средств»

№ __ от «___» _________ 2016

Председатель цикловой комиссии ________________  ______________

ПРЕДИСЛОВИЕ

При преподавании материала по дисциплине «Электрооборудование автомобилей» был взят курс на приобретение теоретических и практических знаний и умений студентами по устройству, принципу действия, характеристикам и неисправностям аккумуляторных батарей.

Изучение нового материала предусматривает: ознакомление с устройством автомобильных аккумуляторных батарей, принципом их действия, основными техническими характеристиками, правилами эксплуатации. Задача лекционного занятия дать четкое представление по устройству и принципу действия автомобильных аккумуляторных батарей  с использованием достижений науки и техники в осуществлении перехода к массовому использованию высокоэффективных систем и технологических процессов, ЭВМ. В результате изучения темы дисциплины студенты должны знать:

- Назначение и классификацию автомобильных аккумуляторных батарей;

- Устройство, принцип действия аккумуляторных батарей;

- Основные технические характеристики аккумуляторных батарей;

- Неисправности и методы их устранения.

Изложение программного материала должно проводиться на основании последних достижений науки и техники в форме, доступной студентам (тематическая лекция) с использованием технических средств обучения, разнообразных наглядных пособий, плакатов, схем, действующих макетов, демонстрационных стендов.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ № 2

Дисциплина Электрооборудование автомобилей

Группа

Количество студентов по списку __, присутствуют __.

Дата ___________

Преподаватель

Тема занятия: Аккумуляторные батареи

Продолжительность: 80 минут

Вид занятия: лекция

Тип занятия: тематическая лекция

Формы и методы

проведения занятия:  устный фронтальный и индивидуальный опрос, блочное закрепления изученного материала.

Цель методическая: усовершенствовать методику проведения лекционного занятия с использованием информационных технологий.

Цель дидактическая: усвоить теоретический материал по теме: «Аккумуляторные батареи»; развивать навыки практической самостоятельной работы; логику мышления.

Цель воспитательная: способствовать воспитанию заинтересованности дисциплиной, стремлению получить новые знания самостоятельно, прививать трудолюбие.

Методическое обеспечение: план занятия, плакаты, схемы по теме «Аккумуляторные батареи».

ТСО и оборудование: аудиовизуальный комплекс, макеты АКБ.

Межпредметные связи:

Обеспечиваемая: - «Устройство автомобилей», «Электротехника и электроника».

Обеспечиваемые: - «Техническое обслуживание и ремонт автомобилей», «Особенности технического обслуживания автомобилей зарубежного производства».

Литература

Основная

1.   Резник А.М. Электрооборудование автомобилей. М., Транспорт, 1989 г.

2.   Акимов С.В.,  Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей.- М. За рулем, 2001.

3. Ютт В.Е. "Электрооборудование автомобилей" - М: Транспорт. 1995 - 304 с.

4. Тимофеев Р.Л., Ильин А.М. "Электрооборудование автомобилей" - М: Транспорт. 1987 - 255 с.

Дополнительная

1. Ильин Н.М., Тимофеев Ю.Л., Васняев В.Я. Электрооборудование автомобилей. - М., Транспорт, 1982 -262 с.

2. Акимов С.В., Боровских Ю.И., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей.- М. Машиностроение, 1988 -273 с.

3. Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Л. Лабораторный практикум по электрооборудованию автомобилей- М. Транспорт, 1988 - 256 с.

4. Банников С.П. Электрооборудование автомобилей - М. Транспорт, 1977 -246 с.

СОДЕРЖАНИЕ И ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Организационная часть:                                                                       5 мин.

- Приветствие студентов;

- Проверка наличия студентов, готовность к занятию.

2. Вступительное слово преподавателя: тема, цель, мотивация обучения.

Тема: «Аккумуляторные батареи».

Цель: усвоить теоретический материал по теме: «Аккумуляторные батареи».

Мотивация учения: необходимость получения знаний по автомобильным аккумуляторным батареям для дальнейшего практического применения.

3. Актуализация опорных знаний:                                                         10 мин.     

3.1 Устный фронтальный и индивидуальный опрос.

Вопрос к аудитории: (ответы на вопросы см. Приложение А)

3.1.1 Назначение системы электроснабжения. Какие приборы входят в данную систему;

3.1.2 Назначение системы зажигания автомобиля, перечислить основные элементы;

3.1.3 Назначение системы электрического пуска двигателя, перечислить основные элементы;

3.1.4 Назначение системы освещения и световой сигнализации автомобиля. Назвать основные составные элементы системы.

3.1.5 Назначение системы контрольно – измерительной системы транспортного средства. Перечислить основные элементы.

3.1.6 Назначение системы дополнительного электрооборудования.

3.1.7 Назначение системы электронного управления двигателем.

4. Изложение нового материала                                                            40 мин.

4.1 Вопросы, изучаемые на лекции:

4.1.1 Устройство аккумуляторной батареи;

4.1.2 Принцип действия аккумуляторной батареи;

4.1.3 Основные технические характеристики аккумуляторной батареи;

4.1.4 Неисправности аккумуляторных батарей.

4.2 Преподавание лекционного материала:

4.2.1 Рассмотрение первого вопроса лекции «Устройство аккумуляторной батареи».

Автомобильная  аккумуляторная  батарея  предназначена  для электроснабжения  стартера при  пуске двигателя  внутреннего сгорания  и других потребителей электроэнергии  при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности. Работая параллельно с генераторной установкой, батарея устраняет перегрузки генератора и возможные перенапряжения  в системе электрооборудования  в случае нарушения  регулировки  или  при  выходе из строя регулятора напряжения, сглаживает пульсации напряжения генератора, а также обеспечивает питание всех потребителей в случае отказа генератора и возможность дальнейшего движения автомобиля за счет резервной емкости. Наиболее  мощным  потребителем  энергии  аккумуляторной  батареи  является  электростартер.  В зависимости от мощности стартера  и условий  пуска двигателя сила тока стартерного режима разряда может достигать нескольких сотен и даже тысяч ампер. Сила тока стартерного режима разряда резко возрастает при эксплуатации автомобилей в зимний период (пуск холодного двигателя). Батарея  на автомобиле входит в состав не только системы электростартерного пуска, но и других систем электрического и электронного оборудования. После разряда на пуск двигателя и питание других потребителей батарея подзаряжается от  генераторной  установки.  Частое  чередование  режимов  разряда  и  заряда  (циклирование) —  одна  из характерных особенностей работы батарей на автомобилях. При  большом  разнообразии  выпускаемых моделей  автомобилей  и  климатических условий  их эксплуатации,  в  массовом  производстве батарей  наряду с определением  оптимальных  экономических  параметров  должное  внимание уделяется их унификации, повышению надежности  и сроков службы.  Надежность и срок службы аккумуляторных батарей  находятся  в прямой зависимости от технического уровня  их конструкций  и условий  работы  на автомобиле. Различные типы стартерных аккумуляторных батарей имеют свои конструктивные особенности,  однако  в  их устройстве  много общего.  По  конструктивно-функциональному признаку выделяют батареи: обычной конструкции —  в моноблоке с ячеечными  крышками  и  межэлементными  перемычками  над крышками;  батареи  в  моноблоке с общей  крышкой  и  межэлементными  перемычками  под  крышкой;  батареи  необслуживаемые  —   с  общей  крышкой, не требующие ухода  в эксплуатации. Свинцовый аккумулятор как обратимый химический  источник тока состоит из блока разноименных электродов,  помещенных в сосуд,  заполненный электролитом. Стартерная батарея  в зависимости от требуемого напряжения содержит несколько  последовательно соединенных аккумуляторов. В стартерных батареях собранные в полублоки и положительные  и отрицательные  электроды  (пластины) аккумуляторов  размещены  в отдельных ячейках  моноблока (корпуса).  Разнополярные электроды  в блоках разделены сепараторами.  Батареи обычной  конструкции  выполнены  в  моноблоке  с  ячеечными  крышками.  Заливочные  отверстия  в  крышках  закрыты  пробками. Межэлементные  перемычки  расположены  над крышками. В качестве токоотводов предусмотрены  полюсные выводы. Кроме того, в батарее может быть размещен  предохранительный  щиток.  В конструкции батареи  предусматривают и дополнительные крепежные детали. Электроды  в  виде  пластин  намазного типа  имеют решетки,  ячейки  которых заполнены  активными  веществами.  В  полностью  заряженном  свинцовом  аккумуляторе диоксид свинца положительного электрода имеет темно-коричневый  цвет, а губчатый свинец отрицательного электрода —  серый цвет. Решетки  электродов  выполняют функции  подвода тока  к активному веществу и  механического удержания  активного  вещества.  Решетки  электродов  имеют рамку,  вертикальные ребра и горизонтальные жилки, ушки и по две опорные ножки (кроме решеток отрицательных электродов необслуживаемых батарей). Ребра могут быть и наклонными. 

Профиль ребер и жилок обеспечивает легкое извлечение решетки из литейной формы. Горизонтальные жилки  по толщине обычно меньше вертикальных ребер и  располагаются  в шахматном  порядке.  Рамка, как правило, намного массивнее жилок. Освинцованная  сетка  металлической  решетки  с увеличенной  поверхностью имеет лучшее  сцепление  с  активным  веществом  электрода,  уменьшая  действие  коррозии  и увеличивая срок службы батареи.  Решетка электрода должна обеспечивать равномерное распределение тока по всей массе активных материалов,  поэтому имеет форму, близкую к квадратной. Толщина  решеток электродов  выбирается  в зависимости  от режимов  работы  и установленного срока  службы  аккумуляторной  батареи.  Решетки отрицательных электродов  имеют меньшую  толщину,  так  как  они  в  меньшей  степени  подвержены  деформации  и  коррозии. Масса  решетки составляет до 50 % массы электрода. Решетки электродов изготавливают методом литья из сплава свинца и сурьмы с содержанием сурьмы от 4 до 5 % и добавлением мышьяка (0,1-0,2 %). Сурьма увеличивает стойкость решетки против коррозии, повышает ее твердость, улучшает текучесть сплава при отливке решеток, снижает окисление решеток при хранении. Добавка мышьяка снижает коррозию решеток.  Однако  сурьма  оказывает  каталитическое  воздействие  на  электролиз  воды, содержащейся в электролите, снижая потенциалы разложения воды на водород и кислород  до  рабочих  напряжений   генераторной установки.  Наличие  сурьмы  в решетках  положительных  пластин  приводит  в  процессе эксплуатации   батареи   к   переносу  части  сурьмы  на  поверхность  активной  массы  отрицательных   пластин   и   в   электролит, что сказывается на повышении потенциала отрицательной  пластины и понижении электродвижущей силы (ЭДС) в процессе эксплуатации.  При  постоянном  напряжении  генератора   понижение  ЭДС  батареи   приводит к повышению зарядного тока,  расходу воды и обильному газовыделению. Ячейки  решеток  электродов  заполнены  пористым  активным  веществом  (пастой).  Основой  пасты  электродов  является  свинцовый  порошок,  замешиваемый  в  водном  растворе серной кислоты, с целью увеличения прочности активного вещества в пасту для положительных электродов добавляют полипропиленовое волокно. Уплотнение активного вещества отрицательных электродов в процессе эксплуатации предотвращается благодаря добавлению в  пасту расширителей  (сажа, дубитель  БНФ,  гумматы,  получаемые  из торфа  и т. д.)  в  смеси с сернокислым барием. Тестообразная  паста  при  производстве аккумуляторной  батареи  внедряется  в  решетки электродов.  После  намазки,  прессования  и  сушки  электроды  подвергают  электрохимической обработке (формированию). Пористая структура активного вещества  после формирования электродов обеспечивает лучшее проникновение электролита в глубинные слои и повышает коэффициент использования  активных  материалов.  Активная  поверхность  пористого  вещества  (поверхность,  непосредственно  контактирующая  с  электролитом)  в  сотни  раз  превышает  геометрическую  поверхность электрода. Электроды  в  блоках  разделены  сепараторами.  Сепараторы  предотвращают  короткое  замыкание  между разнополярными  электродами,  обеспечивают необходимый  для  высокой ионной проводимости запас электролита в межэлектродном пространстве и предотвращают возможность переноса электролита от одного электрода к другому.  Кроме того, сепараторы фиксируют зазор между электродами  и  исключают вероятность их сдвига при тряске и  вибрации. Качество  сепараторов  оказывает существенное  влияние  на  работу свинцового аккумулятора.  От  омического  сопротивления  сепараторов  зависит  внутреннее  падение  напряжения  в  батарее  и  уровень  напряжения  на  выводах электростартера.  Сепараторы  замедляют оплывание   активного   вещества   положительных электродов и скорость сульфатации отрицательных электродов,  продлевая  срок  службы батареи. Моноблоки стартерных аккумуляторных батарей изготавливают из эбонита или другой пластмассы. Тяжелые и хрупкие моноблоки из эбонита в настоящее время заменяются моноблоками  из  термопласта  (наполненного  полиэтилена),  полипропилена  и  полистирола.  Высокая прочность полипропилена  позволила уменьшить толщину стенок до 1,5-2,5 мм  и тем самым уменьшить  массу моноблока  и батареи. Тонкие стенки  моноблока  из  полипропилена делают более жесткими за счет рационального выбора конструктивных форм моноблоков. Достаточная прозрачность полипропилена упрощает контроль уровня электролита  в батарее. Для  последовательного  соединения  аккумуляторов  в  батарее  используют  межэлементные перемычки, которые припаивают к борнам бареток полублоков в таком  порядке, чтобы соединить между собой полублок отрицательных пластин одного аккумулятора с полублоком положительных пластин  рядом  расположенного аккумулятора.  При соединении борна с межэлементной  перемычкой  к  ним  приваривается  верхняя  часть  свинцовой  втулки,  запрессованной  в  крышке,  чем  обеспечивается  надежное  уплотнение  отверстий  в  местах  выхода борнов.

4.2.1.1 Закрепление материала по первому вопросу лекции:                   5 мин.

4.2.1.1.1  Перечислить основные детали АКБ.

4.2.1.1.2 Что такое электролит.

4.2.1.1.3 Из чего состоит активная масса.

4.2.1.1.4 Что такое сепаратор.

4.2.2 Рассмотрение второго вопроса лекции «Принцип действия аккумуляторной батареи».

Свинцовые  аккумуляторы  являются  вторичными  химическими  источниками  тока,  которые могут использоваться многократно. Активные материалы, израсходованные в процессе разряда,  восстанавливаются  при  последующем заряде. Химический   источник  тока   представляет  собой   совокупность   реагентов   (окислителя 

и восстановителя) и электролита. Восстановитель (отрицательный электрод) электрохимической  системы  в  процессе токообразующей  реакции  отдает электроны  и окисляется, а  окислитель (положительный электрод) восстанавливается. Электролитом,  как правило, является жидкое химическое соединение, обладающее хорошей  ионной  и  малой электронной  проводимостью. В свинцовом  аккумуляторе  в  токообразующих  процессах  участвуют  двуокись  свинца (диоксид свинца) РЬ02 (окислитель) положительного электрода, губчатый свинец РЬ (восстановитель) отрицательного электрода  и  электролит (водный  раствор серной  кислоты  N2804). Активные вещества  электродов  представляют собой  относительно жесткую  мелкопористую электронопроводящую массу с диаметром  пор величиной  1,5 мкм и 5 -10  мкм у губчатого свинца. Объемная пористость активных веществ в заряженном состоянии составляет 

 около 50 %. Часть серной кислоты  в электролите диссоциирована на положительные ионы  водорода и отрицательные ионы  кислотного остатка.  Губчатый свинец при  разряде аккумулятора  выделяет в электролит положительные  ионы двухвалентного свинца.  Избыточные электроны  отрицательного  электрода  по  внешнему участку замкнутой  электрической  цепи перемещаются  к положительному электроду,  где восстанавливают четырехвалентные  ионы свинца до двухвалентного свинца. Положительные  ионы  свинца соединяются с отрицательными ионами кислотного остатка, образуя на обоих электродах сернокислый свинец (сульфат свинца).

     При  подключении  аккумулятора  к  зарядному устройству  электроны  движутся  к  отрицательному электроду, нейтрализуя двухвалентные ионы свинца. На электроде выделяется губчатый  свинец.  Отдавая  под  влиянием  напряжения  внешнего  источника  тока  по  два электрона, двухвалентные ионы свинца у положительного электрода окисляются в четырехвалентные ионы. Через промежуточные реакции  ионы соединяются с двумя  ионами  кислорода  и образуют двуокись свинца. Расход  кислоты  у  положительных  электродов  получается  больше,  чем  у отрицательных. Если учитывать  количество  воды, образующейся у положительных электродов, то  количество кислоты,  необходимое для  работы  в режиме разряда, в 1,6 раза больше, чем для отрицательных.

    При  разряде  происходит  незначительное увеличение  объема  электролита,  а  при  заряде —  уменьшение (около  1 см  на  1 А-ч).  На  1 Ач  электрической  емкости  расходуется:  при разряде —  свинца  3,86  г, диоксида  свинца  4,44  г,  серной  кислоты  3,67  г,  а  при  заряде —  

воды 0,672 г, сульфата свинца  11,6 г.

4.2.2.1 Закрепление материала по второму вопросу лекции:                   5 мин.

4.2.2.1.1  Какие активные вещества участвуют в работе АКБ.

4.2.2.1.2 Из – за чего снижается плотность электролита.

4.2.2.1.3 Что такое сульфид свинца. 

4.2.3 Рассмотрение третьего вопроса лекции «Основные технические характеристики аккумуляторной батареи».

Электродвижущая сила ЭДС  аккумулятора  представляет собой  разность  электродных  потенциалов,  измеренную при  разомкнутой  внешней  цепи.  Электродный  потенциал  при  разомкнутой  внешней  цепи состоит  из  равновесного  электродного  потенциала  и  потенциала  поляризации.  Равновесный электродный  потенциал характеризует состояние электрода  при отсутствии  переходных  процессов  в  электрохимической  системе.  Потенциал  поляризации  определяется 

как разность между потенциалом электрода при заряде и разряде и его потенциалом при разомкнутой  внешней  цепи. Электродная  поляризация сохраняется в аккумуляторе и при отсутствии  тока  после отключения  нагрузки  от зарядного устройства.  Это связано с диффузионным   процессом   выравнивания   концентрации  электролита   в   порах  электродов и  пространстве  аккумуляторных ячеек.  Скорость диффузии  невелика,  поэтому затухание переходных процессов  происходит в течение нескольких часов  и даже суток в зависимости  от температуры  электролита. Учитывая  наличие двух составляющих электродного  потенциала  при  переходных режимах,  различают равновесную и  неравновесную ЭДС аккумулятора. с   повышением   плотности   электролита 

ЭДС возрастает. При    рабочих   плотностях   электролита 

1,07-1,30  г/см.  ЭДС  не дает точного  представления о степени разряженности аккумулятора,  так  как  ЭДС  разряженного  аккумулятора  с  электролитом  большей  плотности будет выше. ЭДС  не  зависит от количества  заложенных   в   аккумулятор   активных   материалов 

и от  геометрических  размеров  электродов. ЭДС  аккумуляторной  батареи  увеличивается пропорционально числу последовательно равновесной  ЭДС 

включенных аккумуляторов. Напряжение аккумулятора отличается от его ЭДС на величину падения  напряжения во внутренней  цепи  при прохождении  разрядного или зарядного тока.  При разряде напряжение на выводах аккумулятора  меньше ЭДС, а при заряде больше. активной   массы   электродов.   Уменьшение  напряжения  связано со снижением  плотности  электролита  в  моноблоке.  На линейном участке ЭДС поляризации имеет максимальное значение Ер. При   постоянной  силе  разрядного  тока в единицу времени  расходуется определенное   количество     активных     материалов.  Плотность  электролита  уменьшается  по линейному  закону.  В  соответствии   с изменением   плотности   электролита уменьшается  ЭДС  и  напряжение  аккумулятора.  К концу разряда  сернокислый  свинец 

 закрывает поры активного вещества электродов,  препятствуя  притоку электролита  из сосуда и увеличивая сопротивление электродов.  Равновесие  нарушается  и  напряжение  начинает  резко  падать.  Аккумуляторные  батареи  разряжаются  только  до конечного  напряжения,  соответствующего   перегибу  разрядной  характеристики  Up = f (t).  Разряд прекращается, хотя активные материалы   израсходованы   не   полностью.  Дальнейший  разряд  вреден  для  аккумулятора  и  не  имеет  смысла,  так  как  напряжение становится  неустойчивым. После отключения  нагрузки  напряжение  аккумулятора  повышается до значения ЭДС, соответствующего   плотности   электролита в порах электродов. Затем в течение некоторого  времени  ЭДС  возрастает  по  мере  выравнивания концентрации электролита в порах электродов  и  в  объеме  аккумуляторной ячейки  за  счет диффузии.  Возможность  повышения     плотности   электролита   в  порах электродов  во  время   непродолжительного бездействия   после   разряда   используется при   пуске  двигателя.   Пуск   рекомендуется  осуществлять  отдельными  кратковременными  попытками  с  перерывами  в 1-1,5  мин. Прерывистый   разряд  способствует  также 

лучшему  использованию   глубинных  слоев активных веществ электродов. ряда  идет  на  разложение  воды  на  водород и  кислород,  которые  выделяются  в  виде  пузырьков  газа.  Газовыделение  при  этом  напоминает кипение.  Его можно уменьшить за счет  снижения  к  концу  разряда  величины зарядного тока.

    Часть   положительных   ионов   водорода, выделяющихся  на отрицательном  электроде, нейтрализуются   электронами.   Избыток   ионов  накапливается  на  поверхности  электрода и создает перенапряжение до 0,33 В. Напряжение   в   конце   заряда   повышается до 2,6-2,7 В и при дальнейшем заряде остается неизменным.  Постоянство  напряжения  в течение 1-2 ч  заряда  и  обильное газовыделение являются  признаками конца заряда.  После  отключения  аккумулятора  от  зарядного  устройства  напряжение  падает  до значения  ЭДС,  соответствующего  плотности 

электролита в порах, а затем снижается,  пока   выравниваются   плотности   электролита в  порах пластин  и  в аккумуляторном сосуде.

    Напряжение      на   выводах     аккумуляторной  батареи  при  разряде  зависит от силы  разрядного  тока  и  температуры  электролита. Полным  внутренним  сопротивлением  аккумулятора  принято  называть сопротивление,  оказываемое прохождению через аккумулятор постоянного разрядного или зарядного тока. Сопротивление поляризации уменьшается с увеличение силы тока  и  возрастает с понижением температуры.

    Омическое  сопротивление  аккумулятора  складывается  из сопротивлений  электродов, электролита, сепараторов, межэлементных перемычек и других токоведущих деталей. Сопротивление электродов  и токоведущих деталей  мало  изменяется  с  изменением температуры. Рост внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи с понижением температуры связан,  в основном,  с увеличением  сопротивления  электролита и  пропитанных электролитом сепараторов.  При температурах от  -40  до  -10  °С сопротивление электролита в 2 -3  раза больше, чем  при температуре 25 °С. Удельное сопротивление  электролита  с  увеличением концентрации   раствора серной  кислоты до определенного уровня снижается, а затем  возрастает. Так, минимальное  удельное сопротивление 1,33 Ом-см  при температуре 20 °С наблюдается у раствора серной  кислоты  с  концентрацией  30,6  %.  При  дальнейшем  увеличении  концентрации  (или  плотности) восстанавливаются  ионные связи, скорость диссоциации уменьшается, токопроводящих ионов становится  меньше и сопротивление электролита увеличивается. Распределение сопротивления  и соответственно потерь напряжения по элементам  внутренней  цепи  аккумуляторной  батареи  зависит от  многих  факторов.  В  начале стартерного разряда при температуре -1 8  °С сопротивление пластин и токоведущих деталей 

 приблизительно составляет 20-30 %, электролита и сепараторов —  34-48 %, сопротивление поляризации  —  32-45 % от суммарного  внутреннего сопротивления  батареи.  С  понижением  температуры  доля  сопротивления  поляризации,  электролита  и  сепараторов  возрастает.

     Сопротивление заряженных стартерных аккумуляторов и даже батареи последовательно соединенных аккумуляторов составляет от нескольких тысячных до нескольких сотых долей ома. Сопротивление уменьшается с увеличением числа параллельных электродов в полублоках, т. е.  с увеличением  емкости аккумуляторной  батареи. Вольт - амперной характеристикой (ВАХ) называют зависимость напряжения на выводах аккумуляторной батареи от силы разрядного тока для определенного момента времени после включения батареи на разряд (рис. 2.30). ВАХ нелинейная из-за непостоянства сопротивления  поляризации.  В зоне стартерных токов  ВАХ близки  к прямой,  поэтому при  расчетах систем электростартерного пуска их нелинейностью в областях малых (менее 2С20) и больших (более 8-Ю  С 20) токов пренебрегают. Такой подход значительно упрощает расчет и сравнительную оценку системы  электростартерного пуска. При  разряде  и  заряде аккумулятор отдает во внешнюю цепь или  получает от зарядного устройства определенное количество электричества. Разрядная емкость зависит от количества   заложенных   в   аккумуляторе   активных материалов   и   степени   их   использования. Количество активных материалов в стартерных аккумуляторных батареях даже  при  номинальных   разрядных токах в 2 -3 раза превышает теоретически необходимое. Полное  использование  заложенных  в  батареи активных  материалов  невозможно,  так  как обеднение  электролита в порах и  резкое снижение  напряжения  происходит  раньше, чем  израсходуются  внутренние  слои  пористых активных  веществ  электродов  и  серная кислота электролита в моноблоке.  Коэффициент  использования   активных материалов свинцового аккумулятора зависит от условий  разряда.  Его  снижение  происходит  при  увеличении  плотности  разрядного  тока  и  понижении  температуры.   При длительных режимах разряда свинцовых аккумуляторов  в течение 20-50 ч  использование активных материалов составляет 50-60 %, тогда как при коротких стартерных разрядах —  5-10 %. С увеличением электропроводности электролита,  пористости  активных  веществ,  с уменьшением толщины  электродов  и  плотности тока использование активных материалов  выше. При  равных значениях  начальной  и  конечной  пористости  лучше  используется  активное  вещество положительных электродов.

    При  высоких  плотностях активного  вещества  имеют место  неравномерное  распределение поляризации по толщине электродов и замедление процесса поступления серной кислоты в зоны реакции. Вследствие закупорки пор сульфатом свинца, разрядный процесс протекает в основном на наружной поверхности электродов, где плотность тока может быть более чем  в 10 раз выше ее значения  в толще активного вещества.

Неполное  (на  60-65  %)  использование  активных  веществ  при  малых  плотностях  разрядного  тока  связано  с  изоляцией  отдельных  участков  пористого  вещества  электродов сульфатом  свинца  и,  как следствие, отсутствием  единого  электронопроводящего  каркаса электрода. В аккумуляторах,  предназначенных для  работы  в  стартерных режимах  разряда,  использование активных материалов и отдача  по емкости  могут быть повышены за счет снижения толщины электродов. Емкость  аккумулятора  определяется  суммарной  емкостью  электродов.  При  стартерных разрядах емкость,  как  правило,  уменьшается  из-за  пассивации  отрицательного электрода. Особенно это характерно для низких температур. При длительных режимах разряда влияние обоих типов разнополярных электродов на отдачу батареи по емкости соизмеримо. При длительных режимах разряда  положительный электрод может лимитировать отдачу по емкости, если запас электролита недостаточен. Причиной ограничения емкости положительным электродом  при  коротких режимах разряда  может быть замедление диффузии электролита в поры активного вещества.

Емкость  батарей,  определяемая  при  20-часовом  режиме  разряда  не  позже  четвертого цикла, должна быть не менее 95 %, а необслуживаемых —            100 % от номинального значения. Важным для эксплуатации показателем является «резервная емкость». По этому показателю  можно оценивать способность аккумуляторной  батареи  обеспечить  необходимый  минимум  электрической  нагрузки  на  автомобиле  в случае  выхода  из строя  генератора.  Минимум  электрической  нагрузки  складывается  из токов,  потребляемых  системами  зажигания  и освещения,  стеклоочистителем  и  контрольно-измерительными  приборами  в  режиме движения «зима,  ночь»,  и составляет величину порядка  25 А.

    Резервная емкость определяется  временем  разряда в минутах полностью заряженной батареи  при температуре (27±5) °С током  силой (25±0,25) А до конечного напряжения на аккумуляторе,  равного  1,75  В.  Нормативный  показатель  «резервная  емкость»  обеспечивает большее соответствие  режима  испытания  батареи  условиям  эксплуатации  ее  на  автомобиле.

    Характеристики стартерного разряда аккумуляторной батареи удобно оценивать по силе тока холодной прокрутки. Он представляет собой максимальный разрядный ток, который батарея  может обеспечить при температурах -1 8  °С и  -2 9  °С в течение 30 с, сохраняя  напряжение не менее 1,2 В на каждом аккумуляторе (7,2 В в случае 12-вольтовой батареи).  Показатель  «ток холодной  прокрутки»  позволяет упростить  подбор  аккумуляторной  батареи для автомобилей  на  стадии  их  проектирования:  определив  силу тока,  потребляемую  электростартером  при  пуске двигателя,  можно  подобрать батарею  из условия,  чтобы  эта  сила тока 

не превышала силу тока холодной прокрутки. Заряженные  и  исправные  залитые  электролитом  аккумуляторные  батареи  теряют емкость при длительном хранении  вследствие саморазряда. Саморазряд обусловлен  недостаточной химической  чистотой  активных  материалов  и  неравномерной  плотностью  электролита  по высоте аккумуляторной батареи. Примеси различных металлов (сурьма, медь, серебро и т. д.) 

с отличающимися от свинца  электродными  потенциалами образуют большое число замкнутых микроэлементов.

    Электроды  свинцового аккумулятора  и  при  разомкнутой  внешней  цепи  взаимодействуют с водой, выделяя  водород и  кислород,  в большей степени саморазряду подвержен отрицательный  электрод.  Причиной  разряда  положительных электродов  является  разность  потенциалов между свинцом  решеток и диоксидом  свинца,  когда  между ними  попадает электролит.  При  наличии  разности  потенциалов  в контурах микроэлементов возникают разрядные  токи,  при  протекании  которых  активные  массы  электродов  превращаются  в  сульфат свинца.

    Саморазряд  связан  также  с  переходом  сурьмы  в  раствор  серной  кислоты  в  результате коррозии  решеток  положительных  пластин.  Сурьма  увеличивает скорость  коррозии  и  способствует выделению  водорода. Саморазряд существенно уменьшается  при  использовании сурьмянистых и свинцово-кальциевых сплавов.

4.2.3.1 Закрепление материала по третьему вопросу лекции:                  5 мин.

4.2.3.1.1 Что такое емкость АКБ.

4.2.3.1.2 Из за чего происходит падение напряжения.

4.2.3.1.3 Как изменяется сила тока.

4.2.4 Рассмотрение четвертого вопроса лекции «Неисправности аккумуляторных батарей».

Стартерные  свинцовые  аккумуляторные  батареи  в  процессе  эксплуатации  на  автомобиле подвергаются воздействию низких и высоких температур, механических и электрических нагрузок,  а  также  других  факторов,  которые  могут  отразиться  на  их  работоспособности.  Под  воздействием тех же факторов, особенно в тех случаях,  когда они  выходят за  пределы установленных норм, в аккумуляторных батареях возникают различные неисправности, которые ухудшают электрические характеристики  и  эксплуатационные  качества  батарей  или  полностью выводят их из строя.

    В большинстве случаев появление неисправностей связано с неправильной организацией технического обслуживания аккумуляторных батарей в эксплуатации или непосредственным  их повреждением. Для  предупреждения  и своевременного устранения  неисправностей 

необходимо знать их характерные признаки  и  причины  появления, что позволит существенно повысить срок службы батарей.

    К неисправностям, которые могут быть обнаружены при внешнем осмотре батареи, относятся трещины и сколы в моноблоках и  крышках, трещины и отслоение от стенок моноблока и  крышек герметизирующей  заливочной  мастики  (это  касается  батарей старого типа с черным  эбонитовым  корпусом),  повреждение  пробок,  окисление,  механический  износ  или  излом  полюсных выводов.

    Коррозия  решеток  положительных  электродов,  оплывание  и  выпадение  активных  веществ, деформация  (коробление),  короткое замыкание,  переполюсовка  электродов,  отрыв электродов от мостиков, сульфатация электродов, повышенный саморазряд —  неисправности,  которые  не  могут быть  выявлены  при  внешнем  осмотре,  поэтому их относят к внутренним  неисправностям. Для обнаружения  внутренних неисправностей  разработаны  и  используются на практике различные методы  и средства диагностики батарей. В  процентном  отношении  в среднем  на долю  неисправностей,  связанных с коррозией решеток  положительных  электродов,  приходится  около  42  %  общего  числа  неисправностей. С оплыванием диоксида свинца  и  коротким замыканием  нижних кромок электродов связано 95 %  неисправностей,  с  прорастанием  сепараторов  из  мипласта  и  разрушением 

сепараторов  из  мипора  —   16  %.  На  остальные  виды  неисправностей  приходится  всего около 6,5 %.

    Преобладание тех или иных видов отказа связано с влиянием режимов и условий эксплуатации на характер электрохимических процессов в аккумуляторах.

4.2.4.1 Закрепление материала по четвертому вопросу лекции:              5 мин.

4.2.4.1.1 Перечислить основные неисправности АКБ.

5. Итоги занятия: выставление оценок, анализ ответов студентов.         5 мин.

6. Домашнее задание:

Изучить по учебнику и конспекту устройство, принцип действия, технические характеристики и основные неисправности автомобильных аккумуляторных батарей.

ЛИТЕРАТУРА

1.   Резник А.М. Электрооборудование автомобилей. М., Транспорт, 1989 г.

2.   Акимов С.В.,  Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей.- М. За рулем, 2001.

3. Ютт В.Е. "Электрооборудование автомобилей" - М: Транспорт. 1995 - 304 с.

4. Тимофеев Р.Л., Ильин А.М. "Электрооборудование автомобилей" - М: Транспорт. 1987 - 255 с.

5. Ильин Н.М., Тимофеев Ю.Л., Васняев В.Я. Электрооборудование автомобилей. - М., Транспорт, 1982 -262 с.

6. Акимов С.В., Боровских Ю.И., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей.- М. Машиностроение, 1988 -273 с.

7. Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Л. Лабораторный практикум по электрооборудованию автомобилей- М. Транспорт, 1988 - 256 с.

8. Банников С.П. Электрооборудование автомобилей - М. Транспорт, 1977 -246 с.

9. НИИАТ Техническая эксплуатация электрооборудования автомобилей в автотранспортных предприятиях .- М. Транспорт, 1976-148 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Ответы на вопросы при проведении актуализации опорных знаний студентов.

1.   Назначение системы электроснабжения. Какие приборы входят в данную систему.

Система электроснабжения предназначена для создания, генерации, регулировки электрической энергии и передаче её на потребители, которые находятся в автомобиле.

В систему электроснабжения входят элементы (АКБ, генератор переменного тока, регулятор напряжения). 

2.   Назначение системы зажигания автомобиля, перечислить основные элементы.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя согласно порядку их работы. Основные элементы (АКБ, замок зажигания, катушка зажигания, прерыватель – распределитель, свечи зажигания, провода высокого и низкого напряжения).

3.   Назначение системы электрического пуска двигателя, перечислить основные элементы.

Система электрического пуска двигателя предназначена для превращения электрической энергии аккумуляторной батареи в механическую энергию коленчатого вала,  а также для обеспечения работоспособности системы зажигания и системы пуска. В данную систему входят элементы (АКБ, замок зажигания, реле включения стартера, стартер). 

4.   Назначение системы освещения и световой сигнализации автомобиля. Назвать основные составные элементы системы.

Система освещения и световой сигнализации предназначена для освещения дорожного полотна и участников дорожного движения  в темное время суток и в условиях недостаточной видимости. А также обозначения габаритов транспортного средства, изменения его скорости и направления движения. Основные элементы системы (фары головного света, фары заднего света, противотуманные фары, указатели и поворотов, стоп сигналы, светоотражатели, освещение номерного знака, фара заднего хода, огни автопоезда, огни  транспортного средства, спец. сигналы ).

5.   Назначение системы контрольно – измерительной системы транспортного средства. Перечислить основные элементы.

Система контрольно – измерительных приборов предназначена для измерения технико – эксплуатационных параметров работы узлов и механизмов автомобиля, а также позволяет выбирать оптимальные режимы эксплуатации. Основные элементы системы (указатели и датчики, спидометр, тахометр, термометр (температура охлаждающей жидкости), манометр (давление воздуха и масла), расход и резерв топлива, амперметр, вольтметр).

6.   Назначение системы дополнительного электрооборудования.

Дополнительное электрооборудование выполняет функции оптимизации рабочих процессов, обеспечения безопасности движения, улучшения условий работы водителя.    

7. Назначение системы электронного управления двигателем.

Электронная система управления двигателем предназначена для подготовки топливо – воздушной смеси при помощи алгоритма заложенного в электронном блоке управления.

Приложение Б

Рисунок 1. Устройство аккумуляторной батареи.

Рисунок 2. Вольт амперная характеристика АКБ.

Рисунок 3. Зависимость емкости АКБ от числа циклов.

Рисунок 4. Зарядная временная характеристика АКБ.