Дәріс тақырыбы: «Электрлік жабдықтау жүйесі. (Аккумуляторлық батареялар. Реттелуші кернеудің шегін таңдау)»

Электржабдықтары жүйесінде қолданылатын аккумулятор батареялары, іштен жанушы қозғалтқыш жұмыс істемей тұрғанда, немесе генератордың шығаратын қуаты жетіспейтінде тұтынушыларды электр энергиясымен көректендіруді қамтамасыз ету көзі болып табылады. Аккумулыторлық батареялардың түрі мен құрылымы қозғалтқышты стартерлық режимде жүргізгенде оның зарыдсыздану жағдайымен анықталады. Бұл режимдер бірқанша өте ауыр (максималдық ток және қуат) болғандықтан, автомобилдердің аккумулятор батареялары стартерлық деп аталады.

Стартерлік аккумулятор, токтың химиялық көзін көрсетеді, яғни бұл сондай құрылғы, мұнда екі реагенттердің толықтырғыш және қайырорнату химиялық реакцияларының энергиясы, бірденіге электр энергиясына түрленуі жүреді. Сонымен бірге, ол көпрет қолдануғу мүмкіндік беретін, аталатын токтың екінші химиялық көзі болып табылады. Зарядсызданғаннан кейін, сыртқы зарядтаушы тізбегінен токты кері бағытта өткеру жолымен оны қайыра зарядтауға жүргізіледі. Сонымен, аккумулятордың зарядсызданған реакциясы өнімдерінен бастапқы активтік материалдар қалпына келеді.

Солай етіп, физикалық-химиялық процесстерден тәуелді аздаған ПӘК аккумуляторды зарядтағанда сыртқы көздің энергиясы жинақталады.

Стартерлық аккумуляторлардан басқа аккумулятордың айырмашылығы, токтың бірінші химиялық көзі (гальваникалық элементтер) тек бір ретқана зарядсыздануға мүмкін, ал одан кейін бастапқы қалпына келмейді.

Стартерлық аккумуляторлық батареяларға мынандай негізгі талаптар қойылады:

- максималдық жұмысшы кернеуі, ол бір аккумулятордағы ЭҚК, ал батареяда болса онда олардың тізбектеліп жалғанған санымен анықталады;

- минималдық жалпы салмағы;

- минималдық ішкі қарсылығы (әсіресе төменгі температураларда);

- зарядсыздану процессі кезінде, кернеудің азғантай ғана өзгересі;

- салмақ бірлігінде беретін максималдық энергиясының саны;

- зарядтау кезінде сиымдылығын жылдам орнықтыла алуы;

- кішкентай тұлғасы және үлкен механикалық қарулылығы;

- сенімділік және оны пайдаланғанда күтудің жеңілділігі;

- жалпыламай өндіргенде бағасының төмендігі.

Көбірек аталынған талаптарды қанағаттандыратыны қорғасынды-қышқылдық аккумуляторлар, олар автомобилдерде стартерлық есебінде өте кең қолданыс тапқан.

Оның мен бірге техниканың әртүрлі салаларда, сілтілік аккумуляторларыда қолданылады:

- никель-кадмилік;

- никель-темірлік;

- никель-мырыштық;

- күміс-мырыштық және т.б.

Сілтілік аккумуляторлары, қорғасынды-қышқылдық аккумуляторларға салыстырғанда 20-25 % аз ЭҚК және онша көп емес пәк ие. Электролит есебінде 35 %-тік ұлы калидың тазаланған судағы ерітіндісі. Қорғасынды-қышқылдық батареяның электролитімен (30 % қыщқылдық H₂SO₄ ерітіндісі), салыстырғанда, олардың температуралары бірдей болғанда, ол аз меншікті өткізгіштікке ие, бұл сілтілік аккумуляторлардың ішкі қарсылығы тым жоғарылау болатындығына алып келеді. [2] [30 ÷ 35].

Қорқасынды-қышқылдық аккумуляторларда электролиттің тығыздығы, берілген температурада оның зарядталу дәрежесімен бірмәнділікте болады, сондықтан денсиметрлер көмегімен оның зарыдталыну дәрежесін бақылауда пайдаланылады. Ал сілтілік аккумуляторларда ондай бірмәндәләк тәуелділік жасалынбаған, сондықтан, оның зарядталыну дәрежесін анықтау қиындатылған.

2.1. Қорғасынды-қышқылдық аккумуляторларындағы физика-химиялық процесстер.

Токтың химиялық көзі белгілі бір электрлік-химиялық жүйенің негізінде жасалынады, оны реагенттер (тотықтырғыш және қайыраорнықтырғыш) мен электролиттердің біргелестігін айтады. Электрлік жүйенің қайыраорнықтырушысы жұмысшы реакциясы (токпайда етуші депте аталады) кезінде электрондарды береді және тотығады (теріс электрод), ал тотықтырғыш қайтараорнықтырылады (оң электрод). Ереже бойынша электролит болып, жақсы иондық өткізгіштікке жіне шектік аз электрондыққа ие болған, сұйықтың химиялық қоспасы жұмыс атқарады.

Электрохимиялық жүйенің шартты жазылуы: (-) Қайыраорнықтырғыш (Электролит). Тотықтырғыш (+).

Қорғасынды-қышқылдық аккумуляторларда қайыраорнықтырғыш ретінде тікбұрыш жұқа қорғасын Р_в, ал тотықтырғыш ретінде қорғасынның екілік тотығы Р_вО₂ жұмыс істейді. Электролит-массалық концентрация 28 %-тен 40 %-ке дейінгі күкірт қышқылының судағы ерітпесі H₂SO₄.

Солай, етіп біз қарастыратын электрлік химиялық жүйе, шартты былай жазылады:

(-) Р_в І Н₂SO₄ І Р_вО₂ (+)

Аккумуляторда болатын физикалық процесстер металдардың электролиттік еру қасиетімен байланысты, ол металдардың оң зарядталған иондарының ерітіндіге өтуімен тұжырымдалады.

Бетінде қорғасын пайда болған электрод сұйыққа батырылғанда, электролит ерітіндісіне қорғасыннан, оның оң зарядталған иондары бөлініп шыға бастайды да, олар ерітіндіге өтеді де, бұл кезде электрод теріс зарядталатын болады. Осы процесстің жүруінің арқасында ерітінді мен электрод арасындағы потенциалдар айырмасы өседі да, сонымен ерітпенің оң иондарының осмотикалық қысымы өседі. Бұның арқасында қорғасын иондарының ерітіндіге өтуі көпке дейін созылуы мүмкін емес, электродпен ерітінді арасындағы қандай да белгілі бір потенциалдар айырмасында, еріген қорғасынның электролиттік серпімділік бір жағынан және электростатикалық өріс пен осмотикалық қысымның екінші жағынан күштері арасында тепе-теңдік орнығады. Осының арқасында қорғасынның еруі тоқтайды.

2.2. 2.. Стартерлық аккумулятор батареяларының құрылғылары.нығады. ағынан және электростатикалық өріс пен осмотикалық ғы қандай даынСтартерлық аккумулятор батареяларының құрылғылары.

Көпшілік басқа түрдегі аккумуляторлық батареяларындай стартерлық қорғасындыөқышқылдық батареялар құрылғылары да, бөлек аккумуляторларды тізбектеп жалғауға негіздейген. Пайдаланылатын құрылымдық материалдар, күкірт-қышқылының ұзақ әсеріне төзімді болуы қажет. Мұндай әсерге төзімділігі жоғарылау материалдардың бірі қорғасын болып саналады, сондықтанда барлық токжүретін бөлшектері қорғасынан немесе қоғасын қорытпаларынан жасалынады.

Стартерлық батареялардың элетродтары белсенді заттармен конструктивті пластина түрінде кескінделген тордан тұрады, ол пластинаны белсенді массамен пішіндегенде пайда болатын пастамен жағылған. Торлар қорғасын қорытпаларынан құйылған.

Тордың салмағы, пластинаның салмағының 50 %-ін құрайды. Оң пластинаның торлары көбірек тотықтануға ұшырайды, сондықтан қалыңдау қимаға ие. Пасталанған пластинаның жалпы қалыңдығы, аккумулятор батареясының жұмыс істеу режиміне және белгіленген жұмыс мерзіміне байланысты, ол жеңіл автомобилдеріне қолданылатын аккумулятор батареяларында 1,5-2,0 мм құрайды, ал тракторларда қолданылатындарда аккумулятор батареяларында 2,4-2,6 мм құрайды.

Бірдей сандағы белсенді материалдар, үлкен қалыңдықтағы аз сандағы пластиналармен немеме кіші қалыңдықтағы көп сандағы пластиналар арқалы орныққын болуы мүмкін

Батареялардың стартерлық сипаттамасы жақсы болады, электродтың қалыңдығы аз болғанда.

Тор, активтік материалдардың барлық массасына біркелкі таралуын қамтамасыз етуі керек, сондықтан пластина квадратқа жақын пішінге ие болуы керек. Стартерлық аккумуляторларда, ені 143 мм және биіктігі 119 мм мен 133,5 мм пластиналар қолданылады.

Бареток 5 (сурет 12) көмегімен, оң 4 және теріс 7 пластиналы жартыблоктардан жиналады. Баретада борн және көпіршік 8 бар. Көпіршікке пластинаның құлақшалары дәнекерленеді және бұл, олардың аралығының қашықтығын анықтайды. Борн, пластинаның жартылай блогынан токты әкетуші болып табылады. Пластиналар жартылай блокта параллель жалғанған. Пластиналардың саны аккумулятор батареясының қажеті сиымдылығына байланысты. Жартылай блоктар, пластина блогына 9 біріктірріледі. Блоктарда теріс пластиналар, оң пластиналардан бір данаға көп болады және олар блоктарда шеткі пластиналар болады.

Блоктарда, пластиналадың арасына бөлгіш қышқылға төзгіш кеуек материалдардан жалған ажыратқыштар 2 орнатылады. Олар, басқа-басқа аталатын электротардың өзара жанасуды.

1-теріс пластина; 2-ажыратқыш; 3-оң пластина; 4-оң пластиналардың жартыблогы; 5-баретка; 6-сақтандырғыш қалқаны; 7-теріс пластиналардың жартыблогы; 8-көпіршік, 9-пластиналар блогы; 10-қақпақ; 11-қую тесігі; 12-элементтер аралық жалғасу; 13-тығын; 14-полюстік штғу; 15-моноблок (жалғыз блок); 16-призмалық тіреніш.

Сурет 12. Аккумулятор батареясы.

Және олар арасында қысқаша тұйықталуды болдырмауға арналған.

Жоғары кеуектілігі және жақсы жұққыштының арқасында ажыратқыштар электролиттердің пластинаның активтік беттеріне еркін өтуіне кедергі болмайды. Стартерлық батареялардың осыкүнгі құрылымдарында ажыратқыштардың материалдары есебінде мипор, минпласт және поровинил қолданылады.

Мипор немесе микрокеуекту эбонит, табиғи каучуктың қоспасын әртүрлі қосымшаларды күрделі технологиялық процессте вулканизациялаудың нәтижесінде алынадыы. Өнеркәсіп мипордан жасалған атқыратқыштарды қалыңдығы 1,1-1,5 және 1,9 мм етіп шығарады.

Минпласт немесе микрокеуекті көпхлорвинил (полихлорвинил) көпхлорвинилдік шәйірді жентектеу әдісімен алынады. Өнеркәсіп минпластан жасалған ажыратқыштарды қалыңдығы 1,1; 1,3; 1,5; 1,7 және 1,9 мм етіп шығарады.

Ажфратқыштар мен бірге жиналған пластиналар блогы моноблоктың 15 (сурет 19) ұяшығына орнатылады. Моноблок – бұл батареяның біріңғай тұрқы саңлаусыз оқшауланған қалқармен, 3 немесе 6 ұяшыққа бөлінген)аккумулятор санына лайықты, 6 және 12 В батареялар). Стартерлық батареялардың моноблоктары, эбониттен, термопластан (полиэтилмен толтырылған), полипропилен және полистиролдан жасалған. Бұл материалдар, жылулыққа және суықтыққа төзімді, қышқылға төзімді және әсірісе діріл болған жағдайдағы механикалық беріктілікті қамтамасыз етеді.

Блоктың пластиналарының төменгі жағында «табанша» (ножки) бар, құрастырылғансоң олар моноблоктың табанындағы – түптік призма 16, арнайы томпаққа тіреледі.

Эбониттен немесе пластмассадан жасалған қақпақтар 10 жеке аккумуляторлық бөліктерін жабуы мүмкін. Осы күнгі батареяларда, моноблокқа пісірілген немесе желімделген біртұтас қақпақтар қолданылады. Қақпақтарда борндарда шығаратын және электролит құятын тесік 11 бар. Құятын мойыны желдеткіш тесігі бар тығынмен жабылады. Тығында арнайы жасалған шағылдырғыштар желдеткіш тесіктен электролиттің шайқалып төгілуіне кедергі болады. Батарея, нормалдық жұмысшы, жағдайынан 45 ⁰-қа еңкейгенде де электролит шайқалып төгілмеуі керек.

Толығымен күтілінбейтін батареялар саңлаусыз етіліп шығаылады. Олардың құюшы алқымы болмайды және олар арнайы зарядталыну индикаторымен жабдықталған. Белгілі бір минималдық зарядтық деңгейіне жеткенде индикатордың түсі өзгереді.

Әрбір стартерлық батареяның құрылымы және параметрлері тиісті бір ГОСТ-ы немесе техникалық шартты қанағаттандыруы қажет, оған түра келетін батареялар таңбаланады. Таңбаланғанның бірінші цифры (3 немесе 6), батареядағы тізбектеліп қосылған аккумуляторлар (пластиналар жиынтығы) санын бейнелеп, ондағы номиналдық кернеудің (6 немесе 12 В) анықтайды. Ал Ст қаріпі, стартерлік батарея екендігін көрсетеді. Қалған цифрлар, 20 сағаттық режим бойынша номиналдық сиымдылықты анықтайды, ал қаріптер – моноблоктың материалы (э-эвонит, т-термопласт, п-полиэтилен), ажыратқыштар материалы (м-мипласт, р-мипор, п-пластипор, с-шыныволокна, қандай – бір ажыратқышпен біргелескені) және орындалуы (н-құрғақзарядтыемес, а-жалпы қақпақпен). Мысалға, батарея 6ст-75 эм: номиналдық кернеу 12 В, 20 сағаттық зарядталу режимдегі стартерлық сиымдылық – 75 А сағ., моноблоктың материалы – эбонит, ажыратқыштардікі – мипласт, орындалуы – құрғақзарядталынған.

2.3. Аккумуляторлық батареялардың негізгі параметрлері.

Аккумуляторлық батареянының негізгі параметрін сипаттайтын, оның электрқозғалтушы күші Е_б. Тізбектеліп жиналған аккумулятордан тұратын батареяның ЭҚК, Е_б = n*Е, мұнда Е – бір аккумулятордағы ЭҚК.

Қорғасындық аккумулятордың ЭҚК басқанда қалаған токтың химиялық кезінен емес, ол текқана электродтық процесстерде қатысатын заттардық химиялық және физикалық қасиеттеріне тәуелді және ол электродтардың өлшемдеріне және активтік материалдарының санына мүлдем тәуелді емес.

Бір аккумулятордың ЭҚК, оң және теріс электродтардың теңдесулі потенциалдары айырмасымен анықталады, Е = φ₊ - φ_-, яғни Е-нің мәні зарядсыздау тогы болмағанда анықталады және ол барлық уақытта оң.

Батареяның Омдық қарсылығы R_о, бұл электролиттің R_эл, ажыратқыштың R_аж, активтік массаның R_м, тордың және жалғастырушы элементтердің R_э қарсылықтарының жиыньығы болып табылады. Электролиттің қарсылығы деп, текқана электродтар арасында орналасқан бөлігінің қарсылығын түсінеміз.

Солай етіп, зарядсыздану кезіндегі жалпы омдық қарсылықтарын, былай жазуға болады:

R_о = R_эл + R_аж + R_м + R_м.

Батареяның сипаттайтын енбір маңызды параметрлері болып, оның сиымдылығы болып табылады. Зарядсыздану сиымдылығы Сраз деп, t_аяқ уақытында, бастапқы кернеуден U_бас., ақырғы кернеуіне U_ақ дейін толық зарядсызданғанда аккумулятордың сыртқы тізбекке бере алатын электрдің максималдық санын Q_pmax (өйткені максималдық электр көзі) айтады.

Аккумулятор батареясының энергиялық қоры деп W_p, зарядсыздану t_аяқ уақытында сыртқы тізбекке шығаратын энергияның максималдық санын айтады:

W_p = ƒ_n t^аяқ U_раз І_раз (t) dt (1)

2.4. Аккумулятор батареясының зарядталу және зарядсыздану сипаттамасы.

Батареяның барлық сипаттамаларын зарядсыздану, зарядталу және зарядталу-зарядсыздану деп бөлуге болады.

Зарядсыздану сипаттамасы шартты, мынадай топтарға бөлінеді:

- уақыттық, кернеудің, зарядсыздану ұзақтылығына тәуелділігін көрсететін;

- вольт-амперлік, кернеудің, токқа тәуелділігін көрсететін;

- сиымдылық, қуаттылық және энергетикалық бұлар уақыттылықтың негізінде есептеледі.

Бірінші кезең (сурет 13), аккумулятордың зарядсыздануы, жуктемені R_жүк қосқанда (нүкте 1) және поляризациялану құбылысымен анықталынатын өтпелі процессі біткенсоң нүкте 3-те бітеді.

Зарядсыздану процессінің бірінші кезеңнің ұзақтығы бірнеше ондық секунды құрастырады. Нүкте 1 аккумулятордың теңсалмақты ЭҚК Е-ге тура келеді, ал 1-2 аумақшасындағы, U _р (t), қисығы Омдық қарсылығында R_o, кернеудің түсуін көрсетеді. 2-3 аумақшасында, негізінен электродтар потенциалдарының шоғырлануының жылжыуы мен анықталатын, поляризациялау Е_n, ЭҚК өсуінен болады. Таламалы схемада, нүкте 3-те бітетін конденсатордың С_п зарядталуын тура келеді. Олай болса зарядсыздану процессі бұл кезеңде практика жүзінде тұрақты қарсылықтың R_жүк арқасында, ал U_р нүкте 2-ден, нүкте 3-ке Е_n (t) шамасына жылдам түседі, ал І_раз (t) қисығында да зарядсыздану тогының аздап түсуі байқалады. Нүкте 3-тен кейін І_раз зарядсыздану тогының тұрақтылығы, өзгермелі қарсылықты жүктің арқасында жүзеге асады.

Нүкте 3-тен бастап зарядсыздану процессі екінші кезеңге өтеді, бұл теңсалмақты ЭҚК Е-нің сызықтық түсуіне байланысты (сурет 13-те штрихтық сызықпен айырықшаланған) поляризациялық Е_n = І_раз* R_п ЭҚК тұрақтылығымен және кернеудің U _р сызықтық азаюын сипаттайды. Топайда қылу реакциясы жүрісінде электролит ерітіндісінен судың пайда болуынан және күкірт қышқылының сіңірілуінің арқасында, электролиттің тығыздығының γ сызықтық азаюына алып келеді. Екінші кезеңнің зарядсыздану сипаттамасында 3 және 4 нүктелерімен шектелген бөлігінің ұзақтығы ең үлкен болып, І_раз = 0,5*С₂₀ (жарықтандыру режимі) зарядсыздануда, жалпы зарядсыздану уақытының 80-90 % құрайды.

Зарядсыздану үшінші кезеңге қашан пластинаның нүкте активтік массасының пассивация белсенсіздену процессі айтарлықтай болғанда өтеді.

Поляризациялық қарсылық ұлғая бастайды, соған лайық ЭҚК Е_п-де ұлғаяды. Соныңмен бірге, электролиттің тығыздығының γ түсуіне байланысты. Омдық қарсылықта Rо өседі (сурет 13).Қорғасын күкірт қышқыл тұздарының белсенсіздендіруінен, қышқылдың жетіспейтіндігінде жүретін химиялық реакция, нүкте 5-тен кейін, бұрынғы қалпына қайтпайтын жағдайға өтеді.

Сурет 13. Аккумулятор батареясының уақыттың зарядсыздану сипаттамасы және оның әртүрлі зарядсыздану кезеңдеріндегі баламалы ауыстыру электрлік схемасы.

Жүктеме ажыратылғаннан кейін, 5 нүктесінде кернеу U_раз күрт Омдық қарсылықта І_раз*R_o түскен шамасына кернеу ұлғаяды, бірақ ол электролиттің тығыздығының электродтар қалыңдығына біркелкі таралмауының салдарынан ЭҚК-тің Е теңсалмақты мәніне жетпейді.

Бұл, конденсаторда зарядтың барлығына лайықты балама схема.

Өтпелі процесстің бірталай уақытнан кейін, тығыздықтың γ таралуы бірқалыпты болады, сөйтіп, аккумулятордағы кернеу Е мәніне дейін көтеріледі. Балама схемада бұл поляризациялық қарсылықта R_n конденсатордың С_п зарядсыздануына тура келеді.

Төртінші кезең (нүкте 5-7), бұл процессте суреттелетін, қорытындылаушы болып табылады. Аккумуляторды тұрақты токпен І_з зарядтағанда, осыған ұқсас процесстер жүреді (сурет14).

Зарядтау схемасы, заряд көзінен Е_з, батареядан, ажыратқыштан және ауыспалы балластың кедергіден R_б, бұлар тұрақты токты, қамтамасызету үшін батареяға тізбектеліп жалғанады. Зарядтаушы токтың тұрақтылығын зарядтаушы құрылғының кернеуін реттеуменде қамтамасыз етуге болады.

Бірінші кезеңде, зарядсыздандыру процессіндегідей, тепе-теңдік ЭҚК Е-мен салыстырғанда, аккумуляторда (1-2) Омдық шығынның шамасындай кернеудің секіруі болады, ал оннан кейін электродтарға жақын жерлерде электролиттер шоғырының тепе-тең емес таралуын тұрақтандыру үшінгі (ауыстырылу балама схемасындағы конденсатор С_п заряды) өтпелі процесс 2-3.

Екінші кезең жеңілдету үшін өсуші U_з-нің сызықтық және сызықтықемес участкалары біріктіріледі.

Бұл кезде кернеу кенеттен көтеріліп 2,7В жетеді де, ол суды ыдыратуда көбірек жоғарғы кернеу қажеттігімен түсіндіріледі. Газбөлінудің бастапқы моменті сурет 13-те белгіленген. Зарядтаушы кернеу көрсетілген шамаға жеткеннен кейін көтеріледі тоқтатады. Зарядтау процессінің үшінші кезеңі қашан 2-3 кернеу U_з және тығыздық γ өзгермейтін, артық зарядталу деп, аталатын кезең басталады. Бұл кезде электролиттен жеткілікті газбөлінуі – «қайнау» байқалады.

Сурет 14. Аккумулятор батареясының уақыттық зарядтану сипаттамасы және оның әртүрлі зарядтану кезеңдеріндегі баламалы ауыстыру электрлік схемасы.

Зарядтаушы тізбекті ажыратқансоң, төртінші кезеңде, электродтарда және олардың аралығында электролиттер тығыздығының теңелінуі болады. Соған лайық аккумулятордың кернеуі электролиттің жетіскен тығыздығына γ_з лайықты ЭҚК е-нің тепе-теңдік мәніне дейін түседі. Ауыстыру схемасында бұл батареяның кернеуіне Е_п, конденсатордың С_п, поляризациялау қарсылығына R_п зарядталғанды, зарядсыздандыруға тура келеді. 5-6 бөлігі, активтік қарсылық зарядтаудың аяғында І_зR_о, кернеудің төмен түсуіне тура келеді.

2.5. Аккумуляторлық батареяларды зарядтау әдістері.

Аккумулятор батареяларын қалаған тұрақты ток кезінен зарядтауға болады, егер оның кернеуі зарядталатын батареяның кернеуінен артық болған жағдайда.

Қалаған моментте, зарядтайтын токтың шамасын, мына формуламен табуға болады:

, (2)

мұнда

Uкөз – ток көзінің кернеуі, В;

Uб – берілген моменттегі зарядтағы батареяның кернеуі, В;

R – зарядтық тізбектің жалпы қарсылығы, Ом.

Бұл формулаға тиіс, зарядтаушы құрылығы мен батареяның кернеулері бірдей болғанда, онда зарядтаушы ток нолге тең болады. Егер, батареяның кернеуі зарядтаушы құрылғының кернеуінен аз болғанда, онда зарядтаушы ток нолден үлкен болады. Егер, батареяның кернеуі, зарядтаушы құрылғының кернеуінен көп болғанда, онда ток өзінің бастапқы бағытын өзгертеді де, ол батареяны зарядсыздандырады.

Егер арнайы реттеуіш құрылығы қолданылмаса онда зарядтаған кезде аккумулятордың кернеуі өскенде, зарядтаушы ток азаяды. Көп жағдайларда, зарядтаушы құрылғы электрлік зарядтың параметрлерінің бірін, кернеуді немесе токты тұрақты ұстауға және реттеуге мүмкіндік беретін жүйеме жабдықталған.

Қандай электрлік параметрдің реттелетіндігіне байланысты, екі негізгі зарядтау әдісіне айырылады:

- тұрақты токта;

- тұрақты кернеуде.

а – тұрақты токты заряд; б – тұрақты кернеулә заряд; в – сатылы токты заряд; г – аралас заряд.

Сурет 15. Аккумулятор батареясын зарядтаудың әртүрлі әдістері

Тұрақты токты зарядтау (сурет 15, а), салыстырмалы қарапайым аппараттармен жасалғандықты сипаттайды, өйткені тұрақты кернеуді ұстап туратын құрылғылардан, тұрақты токты ұстап тұратын құрылғылар әдетте қарапайым.

Бұл зарядтау әдісінің өзініңде кемшіліктері бар. Аз тогы кезінде зарядтау уақыты үлкен. Үлкен ток кезінде, зарядталудың аяқ кезінде зарядталушылғы нашарлайды және электролит температурасының әжептәуір жоғарылап кетуі байқалады, ол аккумулятор батареясының қолданылу мерзімін төмендетеді. Осыған байланысты, зарядтау тогының тиімді шамасы 0,1*С₂₀ А анықталған. Мұннан басқа, пайдалануға ұсынылған нұсқама бойынша, электролиттің температурасы 45⁰ С дейін көтерілгенде, зарядтаушы токты 2-есеге төмендету немесе электролитті (30-35)⁰ С градусқа дейін салқындату үшін зарядты үзу керек.

Тұрақты кернеулік зарядтау әдісін қолданғанда, бастапқы моментте зарядтаушы ток үлкен мәнге жетеді (сурет 15, ә). Толығымен зарядсыздалған батареялар үшін, оның мәні (1-1,5) С₂₀-ға тең болуы мүмкін. Токтың орташа мәні, кернеудің орташа мәні дұрыс таңдалғанда шамамен 0,1 С₂₀, А-ға тең болады.

Бұл әдістің кемшілігіне, бастапқы токтың үлкендігінен аккумулятордың қызып кетуіне жатады.

Автомобилде зарядтау, тұрақты кернеуде болады, сондықтан зарядсызданған батареяда зарядталудың басында генератордың номиналдық тогында жоғары үлкен ток пайда болуы мүмкін. Бұл жағдайда генераторды артық жүктен сақтандыру үшін, арнайы токты шектеуіш орнатылады немесе бұл шек қоюшы генератордың (өздігінен шектегіш), өзінің ішкі қасиеттерімен асырылады.

Зарядтаудың қарапайым әдісінде ұшырайтын кемшіліктерін жеңүде, зарядтаудың аралас әдісі де қолданылады.

Сатылы токпен зарядтау салыстырмалы қарапайым жолы болып табылады. Сатылы зарядтау: бас кезінде зарядтау номиналдық токта көрсетілген кернеуге дейін жүргізіледі, соннан кейін токты 2-3 есеге төмендетеді де, зарядтауды тағыда кернеудің көрсетілген мәніне жеткенге дейін жалғастырады (сурет 15, б). Сондай-ақ бұл режимдердің үш және төрт сатылы қиылыстырыспасыда болуы мүмкін.

Бұл әдістердің барлығында, зарядталу уақытын қысқарту және газдың бөлінуін азайту мақсатында, бастапқы кезеңде үлкен зарядтаушы тогы, аяқталу жақындағанда онша үлкен емес зарядтаушы тогы қолданылады.

Қажеті кезде күшті зарядсызданған аккумулятор батареясының жұмыс қабілеттілігін қысқа уақытта жылдам қалпына келтіруде, жеделдетілген зардя беру деген қолданылады. Мұндай зарядты сандық жағынан номиналдық сиымдылықтың 70 % тең, қысқа уақыт бірлігінде қанша аздап сонша көп ток пайда қылатын токпен жүргізуге болады.

Практикада, 0,7С₂₀, А тогы кезінде зарядталу ұзақтығы 30 минуттан көп болмауы, ал

0,5 С₂₀, А тогы кезінде 45 минуттан, ал 0,3 С₂₀, А тогы болған кезінде 90 минуттан көп болмауы керек.

Жеделдетуші зарядтау процессінде, электролиттің температурасын бақылау қажет және ол 45⁰С жеткеннен кейін зарядталу тоқтатылады.

2.6. Генератор және аккумулятор батареясының параллель жұмысы. Зарядтық теңестік (баланс).

Автомобилдерде генератор және аккумулятор батареялары бір-бірімен параллель жалғанаған және жүктеменің шамасына қарай олар бірін-бірі, толықтыра отырып біргелесіп жұмыс істейді.

Электр энергиясының негізгі көзі болып генератор саналады, ол жұмыс істегенде барлық тұтынушыларға электрэнергиясын жеткізіп береді және батареяны зарядтайды. Ал жұмыс істемейтін генераторда электр энергиясын жеткізіп беруді батарея жүзеге асырады.

Солай етіп осы күнгі автомобилдерге тұрақсыз токтың генераторлары орнатылған, сондықтан аккумулятор батареяларының осындай генераторлармен жұмысын қарастырамыз. Генератордың қалыпты айналу жиілігінде, жүктемеге тәуелді бірлесіп істеуін талдау графиктік әдіспен, n _r = const кезінде, генератордың сыртқы сипаттамасы U_r (I_r) мен батареяның зарядталушы – зарядсызданушы U_б (I_б) сипаттамаларын бірлестіріп (сурет 16) жүргізген пайдалы.

Сурет 16. Генератордың сыртқы сипаттамасы және батареяның зарядталу-зарядсыздану сипаттамасы бойынша генератор мен аккумулятор батареясының біргелескен жұмысын талдау.

Генератордағы және батареядағы кернеулер тең U_r = U_б деп ұйғарамыз.

Жүктеме жоқ. Бұл жағдайда, генератордың істеп шығаратын барлық тогы, батареяны зарядтауға І_r = І _бз кетеді (нүкте 1).

Жүктеме қосылған, генератордың кернеуі, реттелуші кернеуге U_r = U_рет тең. Генератордың тогы батареяны зарядтауға және жүктемені көректендіруге І_r = I_бз + I_жүк (нүкте 2) кетеді. Жүктеме өсіп сондай жағдайда келеді генератордың кернеуі реттелуші кернеуден төмен болады, бірақ ол батареяның ЭҚК Е_б < U_r < U_рет (нүкте 3) жоғары болып қалады.

Бұл жағдайда да генератор жүктемені көректендіреді және батареяны зарядтайды

І_r = І _бз + I_жүк, зарядтаушы ток азаяды.

Жүктеме сондай шамаға көтерілді, ол кезде U_r = Е_б. Бұл кезде генератордың барлық тогы, жүктемеге жұмсалады. Зарядтаушы ток (І_r = I_жүк) жоқ І _бз = 0 (нүкте 4).

Жүктеменің одан арықарай көтерілуі соған алып келеді, генератордың шығаратын кернеуі батареянының, ЭҚК төмен болып қаладыда, батарея жүктемені генератормен біргелесіп коректендіреді I_жүк = І_r + I_бр (нүкте 5).

Батареяның зарядтаушы тогын, кернеудің реттелу шамасын өзгерте отырыпта көбейтуге немесе азайтуға болады.

Аккумулятор батареясының ішкі қарсылығын арттыратын фактылар (температураның төмендеуі, батареяның желінуінің ұлғаюы, сиымдылығының азаюы), зарядтаушы токтың азаюына алып келеді, өйткені зарядтау сипаттамасы бұл кезде аса тік өзгереді.

Орнатылған генератордың қуаты сондай болуы керек, аккумулятор батареясының оң зарядтық теңестігі қамтамасыз етілген болуы керек, өйткені зарядтау кезінде алынған электр энергиясының саны, зарядтауға берілген электр энергиясының санының толығымен орнын толтыруы керек.

2.7. Электрді жетістіру жүйесін техникалық пайдалану. Диагностикалау әдістері.

Электр жетістіріп беру жүйесіндей, сенімді жұмыс істеу жағынан, сондай-ақ электр энергиясының істеу жағынан жоғары талаптар қойылады. Былай, мысалға, кернеуді 5 % азайтқанда, шырақтың жарықтық ағыны 20 % азаяды, кернеуді тап сондай мәнге ұлғайтқанда, жарықдабылдағыш шырағы аппараттарының пайдалану мерзімі 2-есеге азаяды. Реттелуші кернеуді (10-12) % асырғанда, аккумулятор батареясының қолданылу мерзімінің 2-2,5 есеге азаюына алып келеді.

Аккумулятор батареясының қолданылу мерзімі, пайдаланудың басынан, оның сиымдылығы номиналдық мәнінің 40 %-не дейін төмендейтін моментке дейінгі ұзақтығымен анықталады. Автомобиль аккумуляторының нақты қолданылу мерзімі 2-4 жылға дейін, еске сала кететіні. Бұл мерзімі бірталай дәрежеде батареяны күтудің кезеңділігі мен сапасына, температуралық жағдайына, автомобиль генераторының реттелуші кернеуінің мәніне, сақтау жағдайына және т.б. байланысты.

Батареяның істен шығып қалуының негізгі себептері, мыналар болып табылады:

- пластиналардың қайтарылымсыз күкірт қышқыл тұздануының нәтижесінде;

- стартерлық режимдегі токпен зарядсыздану жиілігінен;

- зарядталусыз оң температурада ұзақ сақталынуынан;

- электролиттің тығыздығының жоғарылығынан;

- тордың тотықтануының арқасында;

- электродтағы өзге қоспалардың ұстауынан;

- электродтардың жалаңашталынуынан (электролиттің төменгі деңгейі);

- ұзақ артық зарядталу;

- құрғақ зарядталған батареяны ұзаққа сақтау (3-4 жылдан артық);

- электродтардың жиырылу, ол зарядсыздану тогының үлкендігінің, сондай-ақ үлкен зарядтық токтың салдарынан электродтардың бетінде реакцияның бірқалыпсыздығынан болады;

- оң электродтардың активтік массасының түсуінен болатын;

- артық зарядталғанда, сондай-ақ зарядталғанда, қашан электродтың температурасы 40⁰С артық болғанда;

Әдебиеттер: [1] [37 ÷ 68 бет]; [2] [30 ÷ 41 бет]; [4] [107 ÷ 109 бет].

Бақылау сұрақтары:

1. Аккумулятор батареяларын маркалау қалай жүзеге асырылады?

2. Қорғасынды-қышқылдық аккумуляторлардағы электролиттің құрамын атаңыз?

3. Қорғасынды-қышқылдық аккумуляторда қалпына келтірушінің жұмысын не атқарады?

4. Қорғасынды-қышқылдық аккумуляторларда тотықтырғыштың жұмысын не орындайды?

5. Стартерлық батареялардың моноблоктары қандай материалдардан жасалады?

6. Аккумулятордың қақпақтары қандай материалдардан жасалады?

7. Дара аккумуляторлар өзара ненің көмегімен біріктіріледі?

8. 20-сағаттық зарядтау режиміндегі аккумуляторлық батареяның сиымдылығы деген не?

9. Қорғасынды-қышқылдық аккумулятор батареяларын зарядтағанда және зарядсыздандырғанда қандай физика-химиялық процесстер жүреді?

10. Аккумулятор батареяларын зарядтаудың қандай әдістері бар?