Аккумуляторные батареи – Реферат

Содержание

Введение

Глава
1. Устройство, принцип работы и характеристики аккумуляторных батарей (АКБ)

.1
Условия работы источников электрического тока в автотранспортных средствах

.2
Аккумуляторные стартерные

.3
Перспективные автомобильные системы электрооборудования

Глава
2. Отказы аккумуляторных батарей

.1
Саморазряд

.2
Сульфатация

Глава
3. Зарядные устройства аккумуляторных батарей

.1
Способы заряда и восстановление АКБ

.2
Зарядные устройства для аккумуляторов

Глава
4. Изготовление зарядного устройства

.1
Принципиальная схема и принцип работы зарядного устройства

.2
Расчет трансформатора

.3
Изготовление печатной платы и монтаж элементов схемы

.4
Методика проведения занятий в кружке технического творчества при изготовлении
зарядных устройств

.5
Задачи воспитания в процессе кружковой работы

Заключение

Список
литературы

Реферат

В автотракторной технике аккумуляторные батареи
являются основными источниками электрического тока, обеспечивающие запуск
двигателя внутреннего сгорания и работу электропотребителей в процессе
эксплуатации.

В выпускной квалификационной работе изучено
влияние большого числа факторов на процессы зарядки-разрядки аккумуляторных
батарей таких как: температуры пуска двигателей, выходные данные генератора
переменного тока, электрические нагрузки, напряжение зарядки и др., подробно
изложены устройство, конструкции и характеристики аккумуляторных батарей.
Особое внимание уделено рабочим состояниям, техническому обслуживанию, отказам
аккумуляторных батарей. Описаны явления саморазряда, сульфатации, коробления
пластин.

Для зарядки аккумуляторных батарей выбрано
достаточно эффективное устройство, обеспечивающее процесс зарядки-разрядки
ассиметричным током, которое позволяет поддерживать 100% уровень зарядки
аккумулятора во время зимнего хранения, и устраняет сульфатацию пластин.
Изготовленное устройство может быть рекомендовано для реализации в кружках
технического творчества учащихся.

Изложенный материал в данной работе
сопровождается иллюстрациями.

Выпускная квалификационная работа содержит: страниц-91;
рисунков-23;таблиц- 3.

Введение

Система народного образования объективно
переносит и трансформирует в своих подструктурах все политические и
социально-экономические катаклизмы, происходящие в обществе. Развал
общественной системы и разрушение идеологических постулатов и догм болезненно
сказывается на духовном самочувствии всех слоев населения и, особенно,
молодежи. Исчезновение прочно устоявшихся социальных, идеологических ориентиров
представляет немалые трудности как в направленности воспитательного воздействия
на подрастающее поколение в связи с демократическими процессами и гуманизацией
всей школы, ориентацией на общечеловеческие ценности, так и в перестройке самой
системы народного образования. Преодоление кризиса в экономике и общественной жизни,
связываемое в нашей стране с переходом к рыночным отношениям, объективно
требует принципиального обновления всех социальных институтов и систем, в том
числе системы образования. Её стратегией сегодня все более становится
ориентация на общечеловеческие ценности, на создание реальных предпосылок для
свободного и творческого развития личности. Среди этих предпосылок важнейшая
роль принадлежит формированию трудового образа жизни. В настоящее время
объективно складываются условия для повышения эффективности трудовой подготовки
школьников в связи с появлением новых форм предпринимательской деятельности:
индивидуальной и семейно-кооперативной, акционерных, арендных предприятий,
хозяйственных товариществ и др. Новые формы хозяйствования должны стать школой трудового
опыта молодежи, формировать новую социальную психологию подрастающего
поколения.

Процесс трудового воспитания молодежи, составляя
часть целостного педагогического процесса и будучи непосредственным объектом
профессиональной педагогической деятельности, представляет систему
последовательных воспитательных воздействий, направленных на достижение
педагогически трансформируемых социальных целей. Одним из условий
функционирования этой системы является целостность воспитательного процесса,
составными элементами которого является выдвижение целей, планирование
предстоящей трудовой деятельности в совокупности с рациональным отбором ее
содержания, форм и методов в соответствии с педагогически целесообразными
принципами, психологически и физиологически обусловленными требованиями,
соответствующей организацией и последующей коррекцией создаваемых
педагогических ситуаций при решении постепенно усложняющихся педагогических
задач, материально и моральной стимуляцией труда [1,2].

В последние годы кардинальные изменения,
происшедшие во всех сферах жизнедеятельности людей, связанные с переориентацией
социально-нравственных ценностей, переходом к рыночным отношениям, заставляют
переосмысливать и наполнять новым, нетрадиционным содержанием такие понятия,
как «трудовое воспитание», «трудовое обучение», «производительный труд
школьников».

В новой социально-экономической ситуации для
молодежи необходимо создать все условия для развития ее разносторонних
способностей, четко обозначить нравственные ориентиры в осознании личной и
общественной значимости труда, в формировании трудовой морали, которая должна
служить надежной психологической основой в любой профессиональной деятельности.

Это предполагает необходимость формирования у
школьников устойчивой ориентации на трудовой образ жизни, воспитание
экономической грамотности.

Трудовое воспитание в школе призвано также
вносить свой вклад в Гармонизацию личностных устремлений и способностей
человека с общественными потребностями и интересами. Таким образом, трудовое
воспитание, как одна из сторон воспитания личности, должно быть нацелено на
осознание детьми, подростками, юношеством нравственной ценности трудового
начала жизни.

Составной частью трудового образования является
трудовое обучение. Трудовое обучение-это средство трудового образования, через
которое учащиеся приобретают знания, умения, навыки, т.е. базовую трудовую
культуру. Последняя понимается как культура труда, воплощенная в творчестве,
продуктивном мышлении, освоении школьниками обобщенных способов деятельности, в
развитии способности к продуктивной деятельности, погорая вносит в современных
условиях не только политехнический, но и эргономический характер.

Техническое творчество и сельскохозяйственное
опытничество предполагает развитие разноплановых направлений творческой
деятельности учащихся, что связано, в первую очередь, с формированием и
развитием познавательной активности, устойчивого интереса учащихся к
определенным отраслям естествознания, техники, технологии современного
производства, осознанного выбора профессиональной деятельности по окончании
школы.

Многолетний опыт изучения проблем трудового
воспитания привел нас к выводу о том, что система формирования готовности
школьников к труду основана на следующих принципах:

• реализации политехнического образования в основах
наук и трудовом обучении;

• соединении обучения с производительным трудом;

• воспитывающего, развивающего, общественного
характера труда;

• познавательно-творческого, развивающего
характера содержания и форм организации трудовой деятельности учащихся;

• систематичности и непрерывности трудовой
подготовки;

• учета возрастных и психологических
особенностей школьников;

• морального и материального стимулирования;

• учета интересов и склонностей школьников;

• преемственности в организации общественно полезного,
производительного труда;

• учета «перспектив» в планировании общественно
полезного, производительного труда.

К многообразным видам труда и их содержанию,
формам и методам предъявляются определенные требования, соблюдение которых
обязательно. Сформулируем эти требования:

• труд должен быть доступен каждому возрасту и
соответствовать уровню знаний и умений учащихся;

• школьникам должна быть понятна общественно
полезная значимость труда;

• они должны видеть результаты своего труда;

• содержание и объем трудового задания должны
быть рассчитаны на успешное завершение в планируемый срок;

• содержание общественно полезного труда должно
позволить применить соответствующие организационные формы, обеспечивающие
накопление школьниками нравственного опыта поведения в единстве с развитием их
нравственного сознания;

• при выполнении различных видов труда должны
строго соблюдаться санитарно-гигиенические нормы, правила техники безопасности,
охраны труда и здоровья учащихся;

• существенное влияние на эффективность общественно
полезной деятельности подростков оказывает ученическое самоуправление.

Понятие готовность к труду, готовность трудиться
включает в себя: осознание общественной и личностной значимости труда; любовь к
труду; способность трудиться.

В процессе коллективного труда, основанного на
принципе товарищества и взаимопомощи, формируется человек. Вот почему кружковая
работа дает учащимся соответствующие знания, воспитывает сознательное отношения
к труду, к общественной и личной собственности, к коллективу, готовность
трудиться для общей пользы. Изготовление членами кружков технического
творчества полезных изделий дает возможность применять коллективный труд,
развивает у учащихся чувство ответственности за подручное дело, приближает
тематику кружков к производственным задачам.

В автотракторной технике аккумуляторные батареи
являются основными автономными источниками тока, обеспечивающие запуск
двигателей внутреннего сгорания и работу электропотребителей в процессе
эксплуатации [3,4,5].

Целью данной выпускной квалификационной работы
является разработка зарядного устройства для аккумуляторных батарей, доступного
для изготовления в кружках технического творчества, которое может
использоваться в школьном автопрактимуме.

Для достижения этой цели требуется рассмотреть
следующие задачи:

• изучить устройство, принцип работы и основные
неисправности аккумуляторных батарей (АКБ);

• проанализировать распространенные способы
заряда АКБ;

• познакомиться с конструктивными решениями
зарядных устройств;

• разработать схему и конструкцию зарядного
устройства;

• изготовить опытный образец;

Глава 1. Устройство, принцип работы
и характеристики аккумуляторных батарей (АКБ)

Транспортное средство должно снабжаться
достаточным запасом электрической энергии. Доступные источники подачи электрического
тока должны быть в состоянии обеспечивать пуск двигателя и работу автомобиля.
Работа вспомогательных устройств электрооборудования в течение разумного
периода времени с отключенным двигателем не должна создавать условий
последующего отказа в пуске двигателя. Аккумуляторная батарея, пусковое
устройство, генератор и система электрооборудования как единое целое должны
разрабатываться с расчетом взаимодополняющей совместной работы [4,5,10].

1.1 Условия работы источников
электрического тока в автотранспортных средствах

Температура пуска двигателя.

Самая низкая температура, при которой может быть
запущен двигатель, зависит от таких факторов, как характеристики автомобильного
аккумулятора (емкость, внутреннее сопротивление, состояние зарядки и т.п.) и
стартера (размер, наличие промежуточного редуктора, электрическое или
постоянно-магнитное возбуждение и т.д.). Например, если двигатель запускается
при температуре -20°С, то аккумуляторная батарея должна иметь минимальное
состояние подзарядки (рис. 1).

Рис.1. Возможная температура пуска двигателя в
функции зарядки аккумуляторной батареи.

Выходные данные генератора переменного тока.

Текущий выход синхронного генератора
изменяется как функция частоты вращения коленчатого вала двигателя. Генератор
переменного тока может расходовать только определенную долю номинального тока
на холостом ходу двигателя n. Если потребляемый ток I_v, больше
тока I_G,
подаваемого генератором, например, во время работы двигателя на холостом ходу,
то аккумуляторная батарея будет разряжаться, и напряжение в электрической
системе автомобиля уменьшится [14].

Если потребляемый ток I_V меньше тока
I_G, то
некоторое количество тока (разность тока) используется для подзарядки
аккумуляторной батареи.

Частота, с которой вращается вал
генератора, зависит от конкретного типа совершаемой работы. Характер управления
автомобилем можно оценить по суммарной кривой распределения частоты вращения
коленчатого вала (рис. 2).

Рис. 2. Выход по току синхронного
генератора в зависимости от частоты вращения генератора.

Электрические нагрузки системы.

Необходимо делать различие между
непрерывными нагрузками (зажигание, впрыск топлива), долговременными нагрузками
(освещение, обогреваемое заднее окно) и кратковременными нагрузками (сигналы
поворота, сигналы торможения). Использование некоторых электрических нагрузок
носит сезонный характер (установки кондиционирования воздуха летом,
обогреватели сидений зимой). Время работы электрического вентилятора системы
охлаждения зависит от температуры двигателя и условий управления автомобилем
[5,6].

Потребности в электрической энергии
не являются постоянными. Начальные минуты после запуска двигателя, как правило,
характеризуются высокой потребностью (для обогрева или охлаждения) с
последующим резким уменьшением токовой нагрузки.

Электрически подогреваемые
каталитические нейтрализаторы требуют дополнительной мощности порядка 1 – 4 кВт
с целью достичь рабочих температур свыше 300°С в пределах 10 – 30 с после
начала движения автомобиля.

Дополнительный насос подачи воздуха
для дожигания выпускаемых отработавших газов может работать в течение 200 с
после начала работы двигателя.

Другое электрическое оборудование,
например, обогреватели (стеклообогреватель), вентиляторы и системы освещения,
используют ток в различные периоды, в то время как система управления работой
двигателя функционирует непрерывно (рис. 3).

Рис. 3. Суммарная кривая распределения
частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Напряжение зарядки аккумуляторной
батареи должно быть выше в холодное зимнее время и ниже в теплую погоду.
Напряжение «закипания» – максимально допустимое зарядное напряжение, при
котором в аккумуляторной батарее не появляется «газ».

Автомобильная нагрузка требует
постоянного напряжения, насколько это возможно. Напряжение, прикладываемое к
лампам накаливания, должно иметь очень узкие допуски, так чтобы
продолжительность службы ламп накаливания и интенсивности свата оставались в
определенных пределах. Регулятор напряжения, размещаемый, как правило, на
генераторе переменного тока, позволяет ограничивать максимальную величину
напряжения. Он воздействует нам верхнюю границу напряжения, когда ток генератора
I_Gбольше, чем
потребный ток нагрузки системы I_y.

Регулятором напряжения можно
компенсировать потери напряжения в кабеле между генератором переменного тока и
аккумуляторной батареей (рис. 4).

Рис. 4. Расход электрической
мощности в зависимости от продолжительности управления автомобилем

Динамическая характеристика системы.

Взаимосвязи между аккумуляторной
батареей, генератором, нагрузкой, температурой, частотой вращения коленчатого
вала двигателя и отношением частот вращения коленчатого вала двигателя и вала
генератора определяют структуру динамической характеристики системы [5,7].

Влияние вышеуказанных переменных
должно приниматься в расчет зарядного баланса, производимый по специальной
программе для определения состояния аккумуляторной батареи и ее зарядка в конце
типичного цикла управления автомобиля (рис. 5)

Рис. 5. Динамическая характеристика
системы.

1.2 Аккумуляторные стартерные
батареи

Устройство АКБ.

Автомобильные аккумуляторные батареи
напряжением 12 В содержат шесть последовательно соединенных и отделенных
перегородками гальванических элементов в полипропиленовом корпусе. Каждый
гальванический элемент включает наборы положительных и отрицательных пластин.
Эти наборы, в свою очередь, состоят из пластин (свинцовая решетка и активная
масса) и микропористого материала (сепаратор), который изолирует пластины
противоположных полярностей (рис. 6).

Рис. 6. Конструкция аккумуляторной
батареи.

Активными материалами в
свинцово-кислотной аккумуляторной батарее являются окись свинца (РЬО₂)
на положительных пластинах, губчатый высокопористый свинец (РЬ) на
отрицательных пластинах и электролит – водный раствор серной кислоты (H₂S0₄),
который одновременно является ионным проводником. РЬО₂ и РЬ
допускают наличие типичных электрических напряжений (отдельные потенциалы) по
отношению к электролиту; их алгебраическая сумма образует напряжение
гальванического элемента, которое может быть замерено в состоянии покоя
напряжение гальванического элемента приблизительно равняется 2 В, повышается во
время зарядки и уменьшается при разрядке. Когда гальванический элемент
разряжается, РЬО₂ и РЬ при взаимодействии с H₂S0₄
образуют сернокислый свинец (PbSО₄).

Электролит отдает ионы SО₄
и его плотность уменьшается. Когда гальванический элемент заряжается, то
активная масса РЬО₂ и РЬ восстанавливается из PbS0₄.
Это можно представим, следующим образом:

РЬО₂ 2H₂S0₄
РЬ

Зарядка ↑ ↓ Разрядка

PbSО₄
2Н₂О PbS0₄

Если зарядное напряжение продолжит
прикладываться после того, как гальванический элемент достиг состояния полного
заряда, то происходит только электролитическое разложение воды, при котором
образуются кислород ни положительной пластине и водород ни отрицательной пластине
[5,2].

Плотность электролита может
использоваться в качестве индикации состояния зарядки аккумуляторной батареи.
Точность индикации зависит от конструкции аккумуляторной батареи, и также от
состояния электролита и износа аккумуляторной батареи с определенной степенью
необратимого сульфатирования и высокой степенью потери материала пластины.

Чем больше аккумуляторная батарея
разряжается, тем ниже плотность электролита. Так как плотность электролита
уменьшается, то его точка замерзания повышается.

Аккумуляторная батарея, электролит
которой имеет низкую температуру замерзания, способна обеспечивать низков
значение тока, которого бывает недостаточно для пуска двигателя автомобиля.

Плотность и точка замерзания
разведенной серной кислоты

При 20°С (плотность электролита возрастает 2)
Меньшая величина: высокая степень приблизительно на 0,01 кг/л при увеличении
использования электролита.

Для обеспечения герметичной связи цельной крышки
с корпусом аккумуляторной батареи используется процесс горячей опрессовки.

Полублоки положительных и отрицательных пластин
отдельных аккумуляторов соединены между собой межэлементными соединениями,
проходящими через пластмассовые перегородки, и соединяются соответственно с
положительными и отрицательными выводами батареи.

Выводы большинства отечественных и импортных
аккумуляторных батарей имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение
надежного контакта с клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации и
имеют стандартные размеры. Причем положительный вывод батареи по диаметру
больше отрицательного, что исключает возможность нарушения полярности при
установке батареи на автомобиль. На стандартных аккумуляторных батареях каждый
элемент закрывается собственной пробкой с вентиляционным отверстием.

На верхней поверхности батареи расположены
отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор батареи, закрываемые
пробками. Пробки имеют вентиляционные отверстия для вывода газов, образующихся
в процессе работы батареи. У новых незалитых батарей вентиляционные отверстия
закрыты специальными герметизирующими приливами, которые при заливке в батарею
электролита удаляются – (срезаются).

Характеристики АКБ. Обозначение:

Стартерные аккумуляторные батареи, выпускаемые
нашей промышленностью, классифицируют по номинальному напряжению (6 и 12 В); по
конструкции – в моноблоке с крышками и перемычками над крышками и в моноблоке с
общей крышкой и перемычками под крышкой; батареи необслуживаемые – залитые
электролитом и полностью заряженные или сухозаряженные [5,10].

Согласно ГОСТ 959.0 – 84, все свинцовые
стартерные аккумуляторные батареи имеют условное наименование. Например, на
автомобиле ЗИЛ-130 установлена батарея 6СТ-90. Первая цифра обозначает
количество последовательно соединенных аккумуляторов в батареи. Напряжение
каждого аккумулятора 2 В, поэтому номинальное напряжение батареи 12 В. Буквы СТ
определяют назначение батареи – стартерная.

Число после букв указывает на емкость батареи в
ампер-часах в 20 – часовом режиме разряда. Буквы после цифр, обозначающих
емкость, обозначают исполнение батареи: А – с общей крышкой,
Н-несухозаряженная, 3 – необслуживаемая, залитая электролитом и полностью
заряженная. После условного обозначения батареи указывают обозначение стандарта
или технических условий на батарею конкретного типа. На батарее там же могут
быть указаны номинальная емкость в ампер-часах (А.ч) в 20-ти часовом режиме и
разрядный ток батареи (А) при температуре – 18°С.

Стартерные аккумуляторные батареи, изготовляемые
в Германии, маркируются с указанием пятизначного числа, номинального
напряжения, номинальной емкости и испытательного тока разряда в холодном
состоянии

Ёмкость:

Емкость аккумуляторной батареи оценивается в
ампер-часах (А-ч). Емкость уменьшается по мере того, как увеличивается
разрядный ток и уменьшается температура электролита (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость напряжения аккумуляторной
батареи от продолжительности разряда.

Номинальная емкость (С) аккумуляторной батареи –
это количество электричества в ампер-часах (А.ч), которое способно отдать
полностью заряженная батарея при непрерывном 20-часовом разряде с постоянной
силой тока в амперах (А), численно равной 0,05 С при температуре 25 С до напряжения
на выводах батареи U-10,5 В.

Емкость аккумуляторной батареи определяется как
ее конструктивными параметрами (пористостью материала электродов, их толщиной и
качества пористостью материала сепараторов и т.д.), так и эксплуатационными
факторами: плотностью заливаемого в батарею электролита, его температурой,
степенью заряженности батареи и режимом ее разряда.

При повышении плотности электролита емкость
батареи повышается до определенных пределов. Однако при чрезмерном увеличении
плотности ускоряются коррозионные процессы на электродах, их разрушение, и
соответственно, снижается срок службы батареи. При чрезмерной малой плотности
электролита снижается емкость батареи, а при низкой температуре окружающего
воздуха зимой электролит может замерзнуть, и батарея выйдет из строя. Поэтому
оптимальная плотность электролита устанавливается исходя из условий
эксплуатации. При заряде батареи плотность электролита падает, поэтому по
плотности электролита определяют состояние батареи и степень ее разреженности.

Температура электролита определяется
температурой окружающего воздуха, и она несколько возрастает при заряде и
разряде батареи. С понижением температуры емкость батареи уменьшается, в связи
с повышением электрического сопротивления электролита и замедлением химических
реакций. При уменьшении температуры электролита на 1 С емкость батареи
снижается примерно на 1%. Таким образом, если номинальная емкость
аккумуляторной батареи равна, например, 60 А.ч. при 25 С, то при снижении
температуры окружающего воздуха и, соответственно, электролита до минус 25 С
она станет на 50% или вдвое меньше и составит всего 30 А.ч.

Степень заряженности аккумуляторной батареи
влияет на плотность электролита. При заряде батареи плотность электролита
повышается и увеличивается емкость батареи, достигая максимальных значений при
полном ее заряде.

Режим разряда батареи характеризуется силой
разрядного тока и его прерывностью. Чем больше разрядный ток, тем меньше
емкость аккумуляторной батареи. Например, если емкость батареи 6СТ-55А при
разряде ее током 2,75А при температуре электролита 25 с составляет С-55А.ч.
(номинальная емкость), то при разряде током 250 А (4,6 С) емкость снижается
более чем в два раза и составляет 22 А.ч. (примерно 40% от С). Емкость,
отдаваемая аккумуляторной батареи при прерывистых разрядах, значительно
превышает емкость при непрерывном разряде, что особенно важно учитывать при
стартерном режиме разряда, когда величина разрядного тока очень высока
(примерно 2-5 С).

К важнейшим техническим характеристикам
аккумуляторной батареи относится также электродвижущая сила (ЭДС) батареи и ее
напряжение.

ЭДС батареи – это разность потенциалов на ее
полюсных выводах без нагрузки (при разомкнутой внешней цепи). Данная
характеристика взаимосвязана со степенью заряженности батареи и по ее величине
так же, как и по плотности электролита, можно оценивать состояние батареи и
необходимость ее заряда.

Напряжение батареи это разность потенциалов на
ее полюсных выводах в процессе заряда или разряда (при наличии тока во внешней
цепи). Данная характеристика используется при оценке пусковых качеств батареи
(рис. 8). Для оценки пусковых качеств аккумуляторной батареи применяют
следующие основные характеристики стартерного разряда, измеряемое при
температуре электролита 18 С: сила разрядного тока в А, напряжение в начале
разряда в В (измеряется на батареях с пластмассовым корпусом на 30-й секунде
стартерного разряда), время разряда в минутах (измеряется при разряде тока,
численно равном 3 С до снижения напряжения батареи до 6 В).

Рис. 8. Отдаваемая ёмкость в зависимости от тока
и температуры разряда.

Контрольный ток разрядки в холодном состоянии I_кр.

Отражает показатель отдаваемой емкости по току
аккумуляторной батареи, когда она находится в холодном состоянии (способность
запуска в холодном состоянии). Согласно DIN,
напряжение на клеммах во время разрядки при I_кр
и – 18° С должно быть не менее 1,5В на элемент в течение 30 с и не менее 1В на
гальванический элемент в течение 150 с после начала разряда.

Краткосрочное поведение аккумуляторной батареи
во время разряда при I_кр
главным образом, определяется числом пластин, их площадью поверхности, а также
промежутком между пластинами и материалом сепаратора. Другой переменной
величиной, которая характеризует начальное поведение, является внутреннее
сопротивление R_i.

К полностью заряженной аккумуляторной батарее
(12В) при -18°С применимо уравнение:

R_i
= (2100…2400) / I_кр
(мОм),

где I_кр
задается в амперах.

Конструкции АКБ.

Аккумуляторные необслуживаемые батареи.

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 (U
= 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. Когда 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.

Аккумуляторные батареи глубокого разряда.

Нормальные аккумуляторные батареи реагируют на
частые и крайне высокие разряды существенным износом положительных пластин
(отделение и осаждение активного материала). В аккумуляторных батареях
глубокого разряда сепараторы имеют стекловолокнистые слои в целях обеспечения
дополнительной защитой положительной массы от осыпания рабочего слоя.
Продолжительность эксплуатации приблизительно в два раза превышает работу
стандартной аккумуляторной батареи.

Виброустойчивые аккумуляторные батареи.

В виброустойчивых аккумуляторных батареях
крепления в виде литой смолы или пластика предупреждают разрушение пластин от
вибрации. В соответствии с DIN
этот тип аккумуляторов может выдерживать 20 ч нагрузки при синусоидальном
колебании 22 Гц и максимальном ускорении 6 g
(требовании, приблизительно в 10 раз превышающем уровень, который
предусматривается для стандартных аккумуляторных батарей). Виброустойчивые
аккумуляторные батареи маркируются буквами «Rf».

Аккумуляторные батареи повышенной надежности.

Сочетают в себе характерные признаки
виброустойчивых и батарей глубокого разряда.

Используются для грузовых автомобилей большой
грузоподъемности, маркируются буквами «HD».

Аккумуляторная батарея типа «S».

Аккумуляторные батареи типа Kt
(или «S») заимствуют
основную конструкцию батарей глубокого разряда, но имеют более толстые пластины
меньшего количества. Для аккумуляторных батарей типа Kt
конкретно не определяются нормы тока холодной разрядки, их пусковая мощность
находится значительно ниже (35-40%) по сравнению с устройствами стандартных размеров.
Используются в условиях экстремальных циклических изменений работы, например, в
электроприводах.

Рабочие состояния АКБ.

Зарядка.

Когда аккумуляторная батарея заряжается на
автомобиле, то к ней прикладывается ограниченное по величине напряжение. Это
соответствует схеме зарядки IU,
при которой зарядный ток автоматически уменьшается в ответ на повышение
напряжения аккумуляторной батареи.

Метод IU
предотвращает вредное влияние перезарядки и обеспечивает более продолжительный
срок службы аккумулятора.

Разрядка.

Вскоре после начала процесса разряда напряжение
аккумулятора уменьшается на небольшую величину; затем оно и несколько
стабилизируется и после этого постепенно уменьшается в соответствии с
прикладываемой нагрузкой. Окончательное падение напряжения возникает только
перед полной разрядкой, во время истощения одного или нескольких активных
компонентов (положительной массы, отрицательной массы, электролита) (рис. 9).

Рис. 9. Зарядка аккумуляторной батареи: кривые W,
IU.

Саморазряд.

Аккумуляторные батареи постоянно разряжаются
даже при отсутствии нагрузки. При комнатной температуре современные
аккумуляторные батареи с низким содержанием сурьмы теряют примерно 0,1 …0,2%
первоначального заряда в течение суток. По мере старения аккумуляторной
батареи, эта величина возрастает до 1% в сутки в результате перехода сурьмы к
отрицательной пластине и различных загрязнений. Уровень саморазряда удваивается
на каждые 10°С повышения температуры. У свинцово-кальциевых аккумуляторов он
составляет одну пятую этой величины и остается постоянным в течение всего срока
службы батареи.

Эксплуатация автомобильных аккумуляторов.

Во время работы уход за аккумулятором
чрезвычайно прост и практически сводится лишь к регулярным проверкам уровня электролита.
Низкий уровень может свидетельствовать об излишней зарядке, что обычно вызвано
неисправностью генератора. Если же электролита недостает только в одном из
элементов, то выход из строя всего аккумулятора уже не за горами. В теплую
погоду он еще кое-как поработает, но первые же холода его прикончат [5,12].

Доливая аккумулятор, нужно помнить об одной
особенности. Во время зарядки уровень электролита несколько превышается,
поэтому доливать следует с учетом этого эффекта. А что может сотворить кислота,
попавшая на корпус батареи или на детали кузова, мы все прекрасно знаем.

Периодически, желательно не реже одного раза в
2-3 месяца, даже при безотказной работе, необходимо проверять уровень
напряжения на клеммах аккумуляторной батареи при неработающем (напряжение
разомкнутой цепи – НРЦ) и при работающем двигателе, а также наличие утечки в
системе электрооборудования автомобиля.

Все аккумуляторные батареи при работе теряют
часть воды из электролита. В итоге снижается резервный уровень электролита над
пластинами и увеличивается концентрация кислоты в электролите (повышается
плотность электролита), что отрицательно влияет на ресурс батареи. Скорость
потери воды решающим образом зависит как от применяемых для производства
аккумуляторной батареи материалов, так и от состояния электрооборудования
автомобиля. В зависимости от сочетания всех этих факторов она может отличаться
в 10 и даже в 30 раз. Поэтому снижение уровня электролита до критического
возможно и за 1-3 месяца (при неисправном регуляторе напряжения) и за 2-4 года.
Так что при применении классических свинцовых обслуживаемых батарей приходится
мириться с проверкой уровня электролита не реже 1-2 раза в месяц и доливкой
дистиллированной воды, а также сравнительно высокой скоростью саморазряда – до
14% за месяц, которая прогрессирует в процессе эксплуатации и после 1,5 – 2 лет
работы увеличивается в 3-4 раза. Поэтому при долгом бездействии таких
аккумуляторных батарей их необходимо подзаряжать каждые 1 – 2 месяца.

Чтобы исключить разряд батареи во время длительной
стоянки автомобиля, рекомендуется отключать ее от сети, поскольку, в результате
утечки тока в системе электрооборудования, АКБ может разрядиться настолько, что
не сможет запустить двигатель. Если же и при отключении от бортовой сети
батарея быстро разряжается, это говорит о повышенном саморазряде для старой
батареи или о внутреннем дефекте (коротком замыкании) для новой батареи.
Причинами повышенного саморазряда могут быть как дефект изготовления, так и
нарушения условий эксплуатации или естественный износ батареи (см. следующий
раздел). Надо стараться не допускать повторение глубоких разрядов
аккумуляторной батареи, составляющих более 40 – 50% от ее емкости – после них
АКБ не сможет полностью зарядиться от генератора. Возможных причин глубоких
разрядов аккумуляторных батарей три:

Первая причина – утечка тока в электросети (к
примеру, из-за некачественной проводки).

Вторая причина – неисправность генератора или
регулятора напряжения.

Третья причина – долговременное использование
потребителей сети при неработающем двигателе. Причины ухудшения работы и выхода
из строя АКБ

В подавляющем большинстве случаев ухудшение
работы или выход из строя аккумуляторной батареи происходит, если:

• имеет место дефект производства (гарантийный
случай);

• нарушены условия эксплуатации батареи
(ускоренный износ);

• батарея полностью исчерпала свой естественный
ресурс.

Производственные дефекты.

Качество АКБ обеспечивают при ее разработке и
изготовлении. На заключительном этапе производства все батареи, в зависимости
от состояния поставки (залитая и заряженная или сухозаряженная), подвергают
контрольным проверкам. Дефекты, которые не удалось выявить на заключительном
этапе производства, обнаруживаются на начальном этапе эксплуатации – в первые
3-8 месяцев.

Снижение работоспособности в режиме пуска
двигателя либо полный отказ батареи при достаточных плотности электролита и
величинелапряжения разомкнутой цепи (НРЦ), как правило, связаны с наличием
производственных дефектов (они перечислены в предыдущей главе) [12].

Батареи с производственными дефектами, в случае
их выявления в течение гарантийного срока, подлежат замене на годные в
установленном инструкцией порядке.

Ускоренный износ.

Ускоренный износ батареи всегда происходит
вследствие нарушения условий ее эксплуатации, указанных в гарантийном талоне.
Наиболее распространена эксплуатация в условиях перезаряда или недозаряда.

Перезаряд происходит при эксплуатации батарей на
автомобилях, уровень зарядного напряжения которых превышает 14,5В. Дело в том,
что по мере повышения степени заряженности выше 75-80%, наряду с основным
процессом заряда электродов АКБ, начинается вторичный процесс-разложение воды
на водород и кислород. Причем, его скорость быстро растет с ростом зарядного
напряжения на выводах батареи выше 14,5 В. Перезаряд является следствием
нарушения режима работы регулятора напряжения по причине выхода из строя
отдельных его элементов. В некоторых случаях, как показала практика, величина
зарядного напряжения при неисправном регуляторе достигает 17-18 В. Это приводит
к ускоренной потере воды и коррозии положительных токоотводов (решеток)
батареи.

Под действием перезаряда уровень электролита
быстро уменьшается. Поэтому его необходимо своевременно довести до нормы
доливкой, в аккумуляторы только дистиллированной воды. Доливать в аккумуляторы
электролит категорически запрещается. Затем необходимо незамедлительно найти
причину повышения напряжения и устранить неисправность в системе
электрооборудования автомобиля.

При длительном перезаряде или при значительном
превышении зарядного напряжения (выше 15,5 В) потеря воды бывает так велика,
что оголяются верхние кромки пластин и сепараторов. Это часто приводит к взрыву
батареи (см. заключительную часть страницы).

Эксплуатация батареи на автомобиле, у которого
уровень зарядного напряжения меньше 13,8 В, приводит к прогрессирующему
недозаряду. При этом работоспособность батареи постепенно ухудшается, так как
степень ее заряженности снижается пропорционально времени эксплуатации, пока не
достигнет величины, соответствующей уровню зарядного напряжения. Например, при
зарядном напряжении 13,6 В и средней интенсивности эксплуатации степень
заряженности батареи при положительной температуре составит около 65%, а при
отрицательной – менее 50%. Напомним, что степень заряженности батареи зимой
составляет 70-75%), если напряжение на клеммах батареи равно 13,9-14,3 В при
работающем двигателе и включенном ближнем свете.

Нередко причиной снижения уровня зарядного
напряжения и, следовательно, степени заряженности АКБ, становится ослабление
натяжения ремня привода генератора. Поэтому не реже 1-го раза в месяц
рекомендуется проверять натяжение ремня и, при необходимости, производить
регулировку согласно инструкции по эксплуатации автомобиля.

Длительная эксплуатация батарей при степени
заряженности 50-60% приводит к быстрой потере работоспособности из-за
ускоренного оплывания активной массы аккумуляторных электродов. Кроме того, при
низких температурах электролит в сильно разряженных АКБ может замерзнуть, что
приведет к разрушению корпуса батареи и полному выходу ее из строя.

Ускоренный износ может быть настолько велик, что
батарея выходит из строя еще в период гарантийного срока, вследствие
неблагоприятных условий эксплуатации из-за неисправностей изделий
электрооборудования автомобиля или нарушения требований инструкции по
эксплуатации батарей.

Выход из строя АКБ в период гарантийного срока
вследствие ускоренного износа не относится к гарантийным отказам. Поэтому такие
батареи не подлежат замене на новые по гарантийным обязательствам
производителей батарей.

Отдельно отметим несколько самых
распространенных современных причин ускоренного износа автомобильного
аккумулятора:

. Дополнительное оборудование.

Причина большинства неисправностей связана не с
собственными его дефектами, а с наличием дополнительного оборудования,
например, сигнализации и телефона. Эти устройства особенно любят преподносить
«сюрпризы» во время длительных стоянок автомобиля.

Однако если Ваш аккумулятор вдруг начал
барахлить, не спешите его выбрасывать. Опыт показывает, что огромное количество
автомобильных аккумуляторов, считавшихся неисправными, были просто-напросто
разряжены. Попробуйте зарядить разряженный аккумулятор, причем как можно
скорее. Чем дольше аккумулятор остается незаряженным, тем сильнее сульфатация
пластин, и тем проблематичнее будет его восстановление.

. Холостой режим

Простаивание автомобиля зимой в «пробках» –
настоящая проблема для аккумулятора. Работающие одновременно вентилятор, фары,
обогреватель заднего окна и стеклоочистители способны забрать больше тока, чем
производит генератор.

Подсчитано, что за 45 минут такой работы средний
аккумулятор может истощиться настолько, что повторный запуск выключенного
двигателя окажется уже невозможным. Для восстановления потребуется не меньше 30
минут нормальной езды, прежде чем можно будет снова остановиться.

Казалось бы, следует просто убрать аккумулятор
подальше от двигателя, но это ведет к дополнительным расходам. Придется тянуть
к стартеру более длинный провод, который будет «съедать» часть энергии, что
потребует увеличить мощность аккумулятора. К тому же этот «ящик с кислотой»
окажется тогда близко к пассажирскому отсеку, что небезопасно.

Ухудшение свойств АКБ в результате старения

Вследствие естественного износа в процессе
эксплуатации изменяются основные параметры АКБ. Под воздействием коррозии
уменьшается сечение основных конструкционных элементов решетки положительного
электрода. Это приводит к увеличению внутреннего сопротивления батареи, то есть
к некоторому снижению разрядного напряжения даже когда она полностью заряжена.

Емкость аккумуляторной батареи в процессе
эксплуатации постепенно снижается. Это происходит оттого, что при чередующихся
зарядах и разрядах, которые имеют место во время работы батареи на автомобиле,
положительная активная масса постепенно оплывает вследствие деструкции, и ее
количество, участвующее в химической реакции, уменьшается. Ускоряет процесс
оползания положительной активной массы частое повторение глубоких разрядов,
причина которых либо в утечке тока в электросети, либо в недозаряде по причине
неисправности генератора или регулятора напряжения. Особенно быстро снижается
емкость при глубоких разрядах у батарей с решетками положительных электродов из
свинцово-кальциевых сплавов.

Емкость отрицательных электродов также
снижается, если батарея длительное время эксплуатировалась при повышенном
зарядном напряжении и плотность электролита поднялась выше 1,3-1,31 Г/CML.
Кроме того, как уже было сказано ранее, длительная эксплуатация батареи при
низкой степени заряженности (40-60%) приводит к ускоренному оплыванию активной
массы на обоих электродах.

По мере износа аккумуляторной батареи
увеличивается скорость ее саморазряда и расход воды при эксплуатации. Через год
использования АКБ эти величины возрастают в 1,5-2 раза, а через два года – в
2-4 раза. Скорость увеличения саморазряда и расхода воды максимальная у батарей
традиционного исполнения, а минимальная – у батарей с токоотводами из
свинцово-кальциевого сплава. Из всего вышесказанного напрашивается очень важный
вывод: по мере старения батарея требует к себе более внимательного отношения.
Так, например, при нормальной эксплуатации со средней годовой интенсивностью
пробега 15 – 20 тыс. км, достаточно проверять состояние АКБ один раз в год,
лучше всего осенью перед началом зимней эксплуатации. После двух лет работы (30
– 40 тыс. км пробега) желательно проверять состояние аккумуляторной батареи не
реже одного раза в 3 – 4 месяца. Если же батарея проработала более трех лет (45
– 60 тыс. км), контроль ее состояния в зимний период желательно проводить
ежемесячно.

Критерием пригодности аккумуляторной батареи,
проработавшей в условиях эксплуатации в течение продолжительного времени, может
служить тестовый разряд, который возможно выполнять в специализированных
сервисных центрах. Полностью заряженную батарею подвергают разряду при
положительной температуре током, равным половине тока холодной прокрутки по EN
или SAE.

Если на 30-й секунде разряда напряжение на
выводах больше 9,6В, батарея пригодна для дальнейшего использования. Если же
оно меньше или равно 9,6В, значит аккумуляторная батарея исчерпала свой ресурс
и подлежит замене. За счет чего можно увеличить ресурс АКБ

Ресурс стартерной аккумуляторной батареи, как
химического источника тока, определяется в основном режимом ее использования,
при котором происходят процессы износа находящихся в ней электродов (пластин).
Понимание этих процессов позволяет обеспечить высокий срок безотказной работы
АКБ на автомобиле [12].

Конкретное исполнение аккумуляторной батареи
имеет определенный конструктивно-технологический (с учетом легирующих добавок к
свинцу) ресурс, расходуя который мы получаем ее реальный срок службы. Каким же
способом правильно распорядиться заложенным ресурсом электродов, чтобы АКБ
работала долго?

Известно, что решетка положительных пластин
подвергается окислению атомарным кислородом (электрокоррозия) при разложении
воды в заключительной (после 85% заряженности) стадии заряда. Наиболее
интенсивно процесс разрушения решеток положительных пластин аккумуляторной
батареи происходит от зарядного тока при 100% заряженности (режим перезаряда).
Этот процесс преобладает в работе АКБ в летнее время эксплуатации, а также при
повышенной настройке регулятора напряжения. Интенсивное разрушение пластин при
работе происходит в условиях, когда длительное время стартерная аккумуляторная батарея
работает с низкой степенью заряженности (40-60%). При этом активное вещество с
пластин оплывает в шлам, снижая емкость батареи, мощность ее разряда и срок
надежной работы. Нормальная работа аккумуляторной батареи нарушается при
снижении уровня электролита ниже минимальной отметки (оголение верхних кромок
пластин).

Недопустимо производить доливку электролитом или
водой непроверенного качества, хранить АКБ в разряженном состоянии, допускать
образование льда в зимнее время, подвергать глубоким периодическим разрядам.
Таким образом, наибольшую надежность работы аккумуляторной батареи можно
достичь, обеспечивая регулярный контроль ее состояния в соответствии с
инструкцией по эксплуатации, разработанной производителем.

Наиболее простые и достаточно надежные методы
проверки состояния АКБ – измерение плотности электролита и измерение напряжения
на полюсных выводах.

Если полюсные выводы практически доступны для
очистки их от окислов и подключения прибора у всех аккумуляторных батарей, то
возможность измерить плотность электролита в банках АКБ имеется не у всех
типов.

Ниже приведены несколько основных правил и
требований, соблюдение которых повышает ресурс батареи:

• плотность электролита в ячейках АКБ (при
нормальном уровне его над пластинами) должна быть не ниже 1,24 г/см ( 25°С), а
напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) – не ниже 12,5 В;

• полюсные выводы необходимо периодически
очищать от окислов;

• АКБ на автомобиле должна быть надежно
закреплена на установочной площадке;

• пуск карбюраторного двигателя должен проводиться
с длительностью попыток 5 – 10 сек; повторяющиеся попытки пуска должны
проводиться с интервалом 30-60сек.;

• разряженная при неудачном пуске двигателя
аккумуляторная батарея должна быть, как можно скорее заряжена;

• в зимнее время АКБ полезно обогревать теплом
от двигателя, чтобы эффективнее происходил ее заряд от генератора. Для этого
часть радиатора (со стороны АКБ) целесообразно закрывать от встречного
холодного потока воздуха.

Состояние аккумуляторной батареи в значительной
мере зависит от исправной работы электрооборудования. В первую очередь сюда
необходимо отнести генератор, регулятор напряжения и стартер. При неисправной
электропроводке состояние батареи в любой момент может оказаться таким, что она
не сможет обеспечить пуск двигателя. Изношенные контакты в замке зажигания,
реле включения стартера, состояние выпрямительного блока генератора могут быть
выявлены диагностированием. Их своевременная замена позволяет предохранить АКБ
от возможных глубоких разрядов токами «утечек», негативно влияющих на
последующий срок службы АКБ. Батареи на кальциевых электродах особенно
негативно воспринимают глубокие периодические разряды. Эта особенность,
неизвестная широкому кругу автовладельцев, приводит иногда к недоумению, почему
срок службы у аккумуляторной батареи (самой современной) оказывается очень
коротким.

Из сказанного следует, что ресурс стартерной АКБ
(как запас прочности и надежности), заложенный в ее деталях и соединениях при
изготовлении, в процессе работы не может быть изменен в сторону увеличения, а
контроль условий, которые наихудшим образом влияют на снижение ресурса АКБ,
создает возможность обеспечить достаточную продолжительность безотказной
работы. Важно помнить, что показатели АКБ не остаются постоянными, а скорость
их снижения может регулировать владелец автомобиля.

1.3 Перспективные автомобильные
системы электрооборудования

В будущих автомобильных системах
электрооборудования планируется использовать две аккумуляторные батареи
(отдельный аккумулятор – для запуска), т.е. будут отделены «высокий разряд для
запуска» и «питание электрическим током общецелевого назначения». Это позволит
избежать проблем с изменением напряжения во время обеспечения надежного запуска
двигателя к холодном состоянии даже при аккумуляторной батарее, разряженной до
30% от ее первоначальной емкости.

Стартерная аккумуляторная батарея.

Аккумуляторная батарея, предназначенная для
приведения в действие стартера, должна отдавать существенный ток, однако только
в ограниченный период времени (во время запуска).

Компактные размеры батареи позволяют
устанавливать ее в непосредственной близости от стартера с короткими
подсоединительными проводами для уменьшения емкости батареи. Для обеспечения
высокого качества заряди эта аккумуляторная батарея должны характеризоваться
номинальным значением напряжения 10 В. Ввиду того, что это напряжение несколько
меньше, чем для других источников потреблении энергии аккумуляторной батареи
(12 В), пусковое устройство имеет приоритет по зарядке (рис. 10).

Рис 10. Перспективные электрические схемы
подсоединения аккумуляторов.

Зарядно-разъединительный модуль.

Служит для отсоединения аккумуляторной батареи
стартера и самого стартера от всей остальной электрической системы питания во
время запуска и в том случае, когда двигатель отключен.

Общецелевая аккумуляторная батарея.
Предназначена для автомобильной системы электрооборудования, исключая работу
стартера. С ее помощью подаются сравнительно низкие значения токов (например,
около 20 А для системы управления работой двигателя).

Варианты улучшенной работы. Для транспортных
средств предусматриваются все более мощные системы с крайне высокими
требованиями подачи электропитания. Среди потенциально возможных конструкций
можно выделить следующие варианты: передача электрического тока к системе
управления работой двигателя, обеспечивается от аккумуляторной батареи стартера
вместо использования батареи общего назначения или селективным чередованием
батарей; стартерная аккумуляторная батарея также является батареей напряжением
12 В; более усложненная конструкция необходима для обеспечения сохранения
приоритета для зарядки; номинальное напряжение > 12 В; многопитаемые сети,
которые характеризуются цепями напряжением 12 В (или 24 В) с параллельными
соединением с цепью питания 12 В, обеспечивающими потенциал вспомогательного
питания 24 В (или 36 В) от внешних участков проводки двух цепей; применение
двух генераторов переменного тока.

Выбор определенного варианта будет зависеть от
точности целей, которые должна выполнять бортовая электрическая цепь (например,
преимущественное право по избежанию падения напряжения во время запуска
двигателя, экономия массы используемого материала, повышенная надежность
запуска двигателя).

Расход топлива.

Небольшая часть топлива, используемого для
работы автомобиля, расходуется для приведения в действие генератора и на
перевозку массы стартера, аккумуляторной батареи и генератора (это составляет
приблизительно 5% для легковых автомобилей среднего класса). Средний расход
топлива на 100 км: для массы 10 кг – приблизительно 0,1 л, для силового
агрегата мощностью 100 Вт – приблизительно 0,1 л. Следовательно, генераторы с
высоким к.п.д. способствуют экономии топлива, даже если они будут немного
тяжелее [5,8].

Потребляемая мощность оборудования как функция
рабочего цикла

Необслуживаемые автомобильные аккумуляторы.

Традиционные автомобильные аккумуляторы имеют
недостатки, связанные с тем, что сурьма, содержащаяся в сплаве положительных
токоотводов, постепенно, по мере их коррозии, переходит через раствор на
поверхность отрицательного электрода. Накопление большого количества сурьмы на
поверхности отрицательной активной массы понижает напряжение начала
газовыделения. Вследствие этого в конце зарядного процесса происходит все более
бурное газовыделение, напоминающее кипение электролита. Это ведет к потери воды
из-за ее электролитического разложения и испарения вместе с образующимися
газами.

За последние десятилетия произошло стремительное
развитие технологии и совершенствование оборудования для аккумуляторного
производства. В итоге на рынке появилось несколько видов, так называемых,
необслуживаемых автомобильных аккумуляторов. Особенностью таких аккумуляторов
является использование для производства токоотводов, сплавов без сурьмы или с
ее пониженным содержанием. Необслуживаемые аккумуляторы начали изготавливать в
США в конце семидесятых годов прошлого столетия. Для токоотводов и
положительного, и отрицательного электродов применялся свинцово-кальциевый
сплав с содержанием кальция 0,07-0,1% и олова 0,1-0,12% (остальное – свинец).
Это позволило достигнуть значительного снижения газовыделения, которое
обеспечивало эксплуатацию аккумуляторов без доливки воды в течение 2 лет и
более. При этом саморазряд замедлился более чем в шесть раз. Но после двух-трех
глубоких разрядов такие аккумуляторы теряют 40-50% емкости и их стартерные
характеристики также значительно снижаются. Поэтому такие аккумуляторы не нашли
широкого распространения в Европе и России. Почти одновременно со
свинцово-кальциевой технологией производства аккумуляторных батарей
необслуживаемого исполнения, в США появилась технология гибридных аккумуляторов
– система “кальций плюс” с содержанием до 1,5 – 1,8% сурьмы и 1,4 –
1,6% кадмия в положительном токоотводе и отрицательным свинцово-кальциевым
токоотводом. В начале восьмидесятых годов производство необслуживаемых
аккумуляторов стало стремительно развиваться и в странах Европы. Здесь пошли по
пути использования сплавов с пониженным до 2,5 – 3,0% содержанием сурьмы. У
таких аккумуляторов расход воды и саморазряд были в 2 – 3 раза выше, чем у батарей
с кальциевыми токоотводами, хотя и значительно ниже, чем у батарей
традиционного исполнения. Они могли работать без доливки воды не менее 1 года.

Далее в Европе появляются гибридные
аккумуляторные батареи, у которых положительные токоотводы изготовлены из мало
сурьмяного сплава (не более 2%) с добавлением мышьяка, олова, меди, селена и
т.п. в различных сочетаниях и соотношениях; а отрицательные – из
свинцово-кальциевого сплава. Их характеристики по расходу воды и саморазряду,
как и у американских гибридных аккумуляторов, не такие хорошие, как у
свинцово-кальциевых, но все же существенно лучше, чем у батарей по технологии
малосурьмяных сплавов.

В конце 90-х годов в США и Западной Европе
начинается производство аккумуляторов с токоотводами из свинцово-кальциевого
сплава с многокомпонентными добавками, в том числе и серебра, которые при
глубоких разрядах теряют емкость гораздо медленнее, чем первое поколение
аккумуляторных батарей по свинцово-кальциевой технологии. Расход воды у них так
мал, что конструкторы убирают с крышек отверстия для доливки воды и делают
аккумуляторные батареи полностью необслуживаемыми и исключающими доступ к
электролиту при использовании аккумулятора.

Такое изменение конструкции стало возможным
благодаря общим усилиям производителей аккумуляторов и автомобильного
электрооборудования. Ведь для максимального использования ресурса полностью
необслуживаемой аккумуляторной батареи (без отверстий для доливки воды)
необходимо обеспечить стабильное зарядное напряжение, обеспечивающие минимальное
разложение воды при заряде аккумуляторов. В то же время, степень заряженности
аккумуляторной батареи должна быть достаточной для безотказной работы всего
электрооборудования. Это стало возможно благодаря созданию системы
регулирования зарядного напряжения, обеспечивающей его стабильность с точностью
± 0,1 В.

Но владельцы автомобилей, решившие использовать
необслуживаемые аккумуляторы без отверстий для доливки воды, должны более
внимательно относиться к обеспечению исправной работы электрооборудования. Прежде
всего, это касается натяжения ремня привода генератора, исправности самого
генератора, регулятора напряжения, отсутствия утечек тока в системе
электрооборудования или сигнализации и ряда других факторов.

Автомобильные аккумуляторы, у которых отсутствуют
отверстия для доливки воды и имеется только атмосферная связь внутренней
полости с окружающей средой через небольшие вентиляционные отверстия на торцах
крышки, как правило, оснащены индикатором состояния заряженности (рисунок 1):
шарик-поплавок зеленого цвета расположен над пластинами, который всплывает,
когда электролит при заряде достигает определенной плотности. Эта величина
соответствует минимальной степени заряженности (62-64% от номинального
значения), при которой индикатор начинает давать информацию о работоспособности
аккумуляторной батареи в пусковом режиме. Последующее увеличение плотности
электролита (до 100 % заряда) не меняет показания индикатора, что является
недостатком данного приспособления. В случаях понижения уровня электролита до оголения
пластин, информация индикатора о состоянии заряженности батареи прекращается.
При работающем индикаторе его информация относится только к одной из шести
банок (ячеек) аккумуляторной батареи. В тех случаях, когда появляется дефект в
другой банке, где нет индикатора, информация индикатора становится бесполезной,
не отражающей общее состояние (работоспособность) аккумуляторной батареи.
Использование индикатора дает полезную информацию о состоянии батареи в тех
случаях, когда она не содержит дефекта производственного характера (рис. 11).

Рис.11 Индикатор заряженности аккумулятора

Герметизированные автомобильные аккумуляторы с
иммобилизованным электролитом

Создание полностью необслуживаемого
автомобильного аккумулятора свинцово-кислотной системы становится возможным,
если его конструкцию поменять таким образом, чтобы связать выделяющийся на
положительном электроде кислород на поверхности отрицательного электрода
(реализация кислородного цикла). Для этого емкость отрицательных электродов в
аккумуляторе должна быть на несколько процентов больше емкости положительных.
Тогда в ходе заряда положительные электроды полностью зарядятся раньше, чем
отрицательные. Благодаря этому активное выделение кислорода на положительном
электроде начнется до начала активного выделения водорода на отрицательном.
Образующийся кислород вступает в химическое взаимодействие с активной массой
отрицательного электрода. Для увеличения скорости поступления кислорода от
положительного электрода к отрицательному, необходимо ограничение объема
свободного электролита. Поэтому для производства герметизированных батарей
разработаны способы связывания жидкого электролита:

• создание загущенного (гелеобразного)
электролита;

• адсорбция жидкого электролита в сепараторах с
высокой объемной пористостью.

Искусственное ограничение емкости положительных
электродов и объема электролита ведут к тому, что емкость герметизированных
свинцовых аккумуляторов с иммобилизованным электролитом на 15-20% меньше, чем
батарей со свободным электролитом таково же объема и массы.

В качестве загустителя для создания
гелеобразного электролита применяют силикагель, аллюмогель и другие вещества.
При смачивании серной кислотой эти вещества образуют тиксотропный гель. В
качестве сепараторов в подавляющем большинстве герметизированных аккумуляторов
используют стекломаты из ультратонких волокон. Объемная пористость современных
стеклосепараторов достигает 80-85%. Благодаря этому их применяют не только для
батарей с гелеобразным электролитом, но и для аккумуляторов с адсорбированным
жидким электролитом. В последнем случае технология производства немного
дешевле, но емкостные показатели хуже, чем у автомобильных аккумуляторов с
гелеобразным электролитом. Это обусловлено еще большим снижением количества
электролита в аккумуляторе.

Свинцовые аккумуляторные батареи с
иммобилизованным электролитом являются герметизированными, но не являются
герметичными как, например, никель-кадмиевые герметичные аккумуляторы. Во всех
свинцовых герметизированных аккумуляторах есть предохранительный клапан. Он
служит для того, чтобы давление внутри аккумулятора не превышало величины,
которая является допустимой по условиям работоспособности и прочности корпусных
деталей аккумулятора. Дело в том, что, несмотря на используемые ограничения
емкости положительных электродов, выделение водорода на отрицательном электроде
в процессе, заряда, особенно на завершающей стадии, полностью подавить
невозможно. Причем скорость его выделения в конце заряда несколько выше, чем
скорость выделения кислорода. Избыточная часть водорода вызывает увеличение
давления внутри аккумулятора, для ограничения которого и служит клапан.

Нормальная эксплуатация герметизированных
свинцовых автомобильных аккумуляторов возможна при соблюдении гораздо более жесткого
диапазона регулирования зарядного напряжения, чем при эксплуатации
необслуживаемых аккумуляторов с жидким электролитом (даже не имеющих отверстий
для доливки воды). Максимальная величина зарядного напряжения для автомобильных
аккумуляторных батарей с загущенным (гелеобразным) и адсорбированным
электролитом зависит от рекомендаций производителя (ориентировочно для
гелеобразных 14,35 В, а для адсорбированных 14,4В). В случае превышения
величины рекомендованной производителем на 0,05 В скорость газовыделения
становится так велика, что ведет к нарушению контакта активной массы электродов
с электролитом, а также к высыханию аккумулятора, в результате чего батарея
утрачивает работоспособность.

Весьма жесткие ограничения величины зарядного
напряжения, наряду с гораздо более высокой стоимостью герметизированных
автомобильных аккумуляторных батарей в сравнении с необслуживаемыми, создают
определенные трудности для их широкого использования на автомобилях.

Глава 2. Отказы аккумуляторных
батарей

Во время эксплуатации аккумуляторные батарей
возникают различные неисправности: саморазряд, сульфатация, короткое замыкание
разноименных пластин, разрушение пластин, коробление пластин, уплотнение
активной массы отрицательных пластин, трещины стенок бака. Рассмотрим более
подробно эти виды неисправностей [12].

2.1 Саморазряд

При эксплуатации и длительном хранении батарей
каждый исправный аккумулятор постепенно разряжается и теряет свою емкость даже
в том случае, если нему не подключают никаких потребителей. Это явление называется
саморазрядом. Естественный саморазряд новых аккумуляторов, имеющих
синтетические сепараторы, при бездействии в течение первых 15 суток
соответствует потере первоначальной емкости около 1% в сутки. Для батарей
бывших в эксплуатации, саморазряд превышает указанные ГОСТом нормы и достигает
потери емкости более 1,2% в сутки. Такой саморазряд называется ускоренным.

Причинами саморазряда являются:

• замыкание выводных штырей грязью и
Электролитом, разлитым на поверхности крышек баков;

• замыкание разноименных пластин осыпающейся
активной массой при разрушении сепараторов;

• образование местных (паразитных) токов в
активной массе пластин.

Местные токи появляются в результате
возникновения ЭДС между свинцовыми окислами активной массы и металлическими
примесями в решетках пластин или примесями, попавшими в аккумулятор с
электролитом и водой. Самой распространенной металлической примесью в
электролите является железо. Между крупинками металлов и активной массой
отрицательных пластин создается большое количество мельчайших коротко замкнутых
первичных местных элементов, тогда в результате разности потенциалов в той
части активной массы, где вкраплены посторонние металлы, возникает большое
количество цепей местных “паразитных” токов. Эти токи вызывают
преобразование губчатого свинца в сернокислый свинец. Местные токи возникают в
положительных пластинах между двуокисью свинца активной массой и свинцом
решетки, а также между сурьмой и свинцом в решетках всех пластин.

Вследствие образования местных токов происходит электролиз
воды, поэтому из электролита будут выделяться пузырьки газов водорода и
кислорода, что является признаком ускоренного саморазряда аккумулятора.
Неодинаковая плотность в различных слоях электролита в аккумуляторе является
причиной ускоренного саморазряда пластин. Плотность электролита в верхних и
нижних слоях может быть неодинаковой после доливания воды.

Вследствие большой плотности электролита нижняя
часть пластин будет иметь больший потенциал, чем верхняя, погруженная в
электролит меньшей плотности. При этом возникает уравнительный ток,
направленный от нижней части пластин к верхней, а затем через электролит снова
к нижней части пластин.

Уравнительные токи, вызывая непроизводительный
разряд, ускоряют образование крупных кристаллов свинцовой кислоты, что снижает
емкость аккумулятора, а, следовательно, и всей батареи.

Саморазряд ускоряется при большой загрязненности
крышек и электролита, а также замыкании пластин высыпавшейся активной массой.
Если установлено, что саморазряд аккумуляторов происходит из-за загрязнения
электролита, то такую батарею необходимо разрядить до напряжения 1,1-1,2 В на
элемент, чтобы посторонние металлы и их окислы, попавшие в аккумулятор с
электролитом или водой, перешли с активной массы отрицательных пластин в
электролит, после чего вылить электролит, тщательно промыть все аккумуляторы
дистиллированной водой несколько раз (меняя воду через 3 часа), а затем залить:
аккумуляторы свежим электролитом той же плотности, которую имел электролит,
вылитый перед промывкой, и полностью зарядить.

2.2 Сульфатация

При разряде аккумулятора двуокись свинца и
свинец переходят в сульфат свинца, который в виде микроскопических кристалликов
откладывается на стенкам пор поверхностных слоев активной массы пластин. При
заряде нормально разряженного аккумулятора кристаллики сульфата свинца
переходят в электролит, ионизируются в нем и, реагируя с ионами электролита,
снова образуют двуокись свинца и свинец. Если оставить аккумуляторную батарею в
разряженном состоянии, часть сульфата свинца растворяется в электролите до его
насыщения и из насыщенного раствора выпадает на пластинах, но уже в виде
крупных кристаллов. Это явление перекристаллизации сульфата свинца происходит
беспрерывно в аккумуляторах при любой степени их разряда, даже у полностью заряженного
аккумулятора в активной массе пластин содержится до 5% сульфата свинца. При
длительном хранении разряженного аккумулятора на поверхности и в порах активной
массы положительных и отрицательных пластин образуется сплошной слой крупных
кристаллов сульфата свинца, который как бы изолирует активную массу пластин от
электролита, закупоривая поры активной массы, препятствует проникновению
электролита вглубь пластин. Крупные кристаллы сульфата свинца трудно
растворяются в электролите.

Сульфатацией принято называть образование
крупных кристаллов сульфата свинца, на поверхности и в порах активной массы
положительных и отрицательных пластин. Сильно сульфатированные пластины
приобретают светлую окраску с образованием белых пятен сульфата. Активная масса
в этих местах становится желтой и “песчаной”. Крупные кристаллы
сульфата образуются также при длительном хранении батареи без подзаряда, частых
разрядах большой силой тока и особенно при соприкосновении с воздухом верхних
частей пластин, не залитых электролитом. При понижении уровня электролита
верхняя часть отрицательных пластин, соприкасаясь с воздухом, преобразуется в
гидроокись свинца. Эта реакция является необратимой.

Образование крупных кристаллов сульфата свинца
возрастает при увеличении плотности электролита, саморазряде пластин, повышении
температуры электролита и коротком замыкании пластин. Крупные кристаллы
сульфата свинца обладают большим сопротивлением, поэтому аккумулятор имеет
большое внутреннее сопротивление и малую емкость, т.к., слой кристаллов
сульфата свинца изолируя активную массу пластин от электролита, препятствует ее
химическому восстановлению в двуокись свинца и свинец.

В процессе заряда сульфатированной батареи
быстро повышается напряжение и температура аккумуляторов и наблюдается бурное
газоотделение, в то время как плотность электролита повышается незначительно,
поскольку часть серной кислоты остается связанной в PbSО₄.
Сульфатированная батарея из-за малой емкости быстро разряжается при резком
падении напряжения, особенно при включении стартера.

Вследствие применения новых материалов
сепараторов и баков, а также лучших составов активной массы пластин, почти
полностью устранено образование нерастворимых кристаллов PbS0₄,
а поэтому, сильная сульфатация пластин при нормальном уровне электролита
возникает редко.

Сульфатированные пластины аккумуляторов
исправляют продолжительными зарядами малой силой тока (не более 0.05 от емкости
аккумулятора) при низкой плотности электролита (не более 1.11). Сильно
сульфатированные пластины не восстанавливают.

Короткое замыкание пластин в аккумуляторе
возникает при разрушении сепараторов, при выпадении из пластин на дно бака
большого количества активной массы шлама, образования наростов свинца на
решетках отрицательных пластин. Для устранения этих дефектов необходимо
разобрать аккумулятор. Коротко замкнутый аккумулятор быстро разряжается и
пластины его сульфатируются. Плотность электролита в таком аккумуляторе будет
очень малой.

При полном коротком замыкании аккумулятор
зарядить нельзя, а при изменении величины его ЭДС вольтметр показывает ноль.
При частичном коротком замыкании вольтметр будет измерять не ЭДС аккумулятора,
а его I напряжение.

Частичное замыкание пластин возникает вследствие
скопления в порах и трещинах сепараторов мелких частиц высыпавшейся активной
массы пластин и образования наростов свинца на кромках отрицательных пластин.
Разрушение пластин в аккумуляторах наступает при длительном перезаряде, т.е.
когда полностью зараженная батарея остается под напряжением зарядного агрегата
и через нее проходит зарядный ток. Так как у заряженного аккумулятора активная
масса преобразована на положительных пластинах в двуокись свинца, а на
отрицательных в свинец, дальнейший заряд вызовет только бесцельный электролиз
воды, содержащейся в электролите, на водород и кислород и вредное окисление
решеток положительных пластин выделяющимся кислородом. Сильное окисление
решеток сопровождается их разрушением. Одновременно в порах активной массы
пластин будет накапливаться значительное количество газов, вследствие чего
давление в порах будет возрастать, что вызовет разрыхление и выкрашивание
активной массы и даже отрыв ее от решеток пластин. Аналогичное явление
происходит и в следующих случаях:

• при заряде аккумуляторов большой силой тока в
конце заряда;

• этих случаях механическая прочность активной
массы пластин уменьшается (особенно положительных), поэтому происходит
оползание и выпадение ее из ячеек решеток пластин;

• при слабом креплении батареи на автомобиле;

• при замерзании воды в электролите;

• вследствие коррозии решетки положительных
пластин в при повышении температуры электролита;

• длительной перезарядке батарей;

• при наличии в электролите азотной, соляной и
уксусной кислот или при применении химически нечистой серной кислоты.

Коррозия решеток положительных пластин
составляет около 40% неисправностей аккумулятора. Присадка мышьяка к свинцу
решеток снижает их коррозию. Коробление пластин возникает вследствие неодинакового
объемного расширения активной массы по площади пластины, что может быть при
увеличении силы зарядного или разрядного тока, коротком замыкании,
переполюсовке пластин, сульфатации, понижении уровня электролита, вызывающего
оголение верхней части пластин, частом и продолжительном включении стартера и
других факторах. Больше и чаще по этим причинам коробятся положительные
пластины. Коробление пластин сопровождается образованием трещин в активной
массе, которая в дальнейшем будет быстро выпадать из ячеек решётки. А
уменьшение количества активной массы в пластинах уменьшает емкость аккумулятора
и всей аккумуляторной батареи.

При эксплуатации аккумуляторной батареи,
активная масса отрицательных пластин постепенно уплотняется, пористость ее
уменьшается, и доступ электролита в глубокие слои активной массы затрудняется.
Это снижает емкость батарей. При соприкосновении смоченных электролитом
заряженных пластин с кислородом воздуха, когда губчатый свинец активной массы
переходит в гидроокись свинца, уплотнение активной массы происходит очень
быстро. Чтобы избежать этого, при всякой разборке аккумулятора необходимо
сначала прополоскать пластины дистиллированной водой. Уплотнение активной массы
сопровождается уменьшением ее объема, при этом активная масса отслаивается от
решеток и в ней образуются трещины, это также снижает емкость батарей. Трещины
стенок бака ведут к утечке электролита и оголенная часть пластин, соприкасаясь
с воздухом, сульфатируется. При этом уменьшается емкость батареи, и создаются
условия, вызывающие коробление пластин. При образовании трещины во внутренней
стенке бака электролит вызывает замыкание разноименных групп пластин двух
соседних аккумуляторов, соединенных между собой свинцовой перемычкой и
происходит их саморазряд, а в дальнейшем и сульфатация. Плотность электролита в
этих аккумуляторах будет меньше, чем в исправных. ЭДС двух соседних
аккумуляторов замыкающихся через электролит, будет равна 2В.

Таким образом, мы рассмотрели все химические
процессы, которые происходят в свинцовой аккумуляторной батарее, как во время
работы, так и в процессе заряда, а также те процессы, которые приводят к
неисправностям аккумуляторной батареи. На основании этого мы можем сделать
следующий вывод: что важнейшим фактором, влияющим на стабильную работу аккумуляторной
батареи, а также на долговечность и эксплуатационные характеристики, является
способ заряда и восстановления свинцового аккумулятора, а точнее, тип зарядного
устройства.

Глава 3. Зарядные устройства
аккумуляторных батарей

.1 Способы заряда и восстановления
АКБ

Аккумуляторные батареи заряжают от источников,
напряжение которых больше, чем напряжение заряжаемой батареи и мало изменяется
при изменении силы зарядного тока. Для заряда, положительный полюс источника
тока должен быть соединен с положительным полюсом батареи, отрицательный с
отрицательным.

Для любого момента заряда величина тока может
быть найдена по формуле:

Где U_ист –
напряжение источника тока заряда, В;

U – напряжение
батареи в данный момент заряда, В;

R – общее
сопротивление зарядной цепи, Ом.

Из этой формулы следует, что при
равенстве напряжения зарядного устройства и батареи зарядный ток равен нулю, а
если напряжение батареи меньше напряжения зарядного устройства, зарядный ток
больше ноля; в противном случае, т.е. когда напряжение (батарей больше)
напряжения зарядного устройства, ток меняет ‘первоначальное направление и
батарея будет разряжаться [10].

Напряжение батареи при заряде
изменяется в зависимости от температуры электролита, и степени ее заряженности.
Поэтому в процессе заряда необходима регулировка напряжения источника тока. В
зависимости от системы регулирования процесс заряда может быть осуществлен
различными способами, основные из которых рассмотрены ниже.

Заряд при постоянстве силы тока

При данном способе величина
зарядного тока в течение всего времени заряда остается неизменной. Это
достигается:

• изменением напряжения источника
тока;

• включением последовательно с
батареей реостата и изменением его сопротивления в процессе заряда;

• применением регуляторов тока
(например, тиристорных), которые путем периодического включения и выключения
сопротивления в цепи меняют величину тока таким образом, чтобы средняя величина
тока во времени оставалась постоянной;

При применении реостата,
последовательно включенного в цепь заряда, необходимая величина тока
поддерживается путем уменьшения сопротивления реостата. Начальное R_Н и конечное R_К значения
сопротивления реостата определяются формулами:

 (2.2.)

 (2.3.)

Где U_ист –
напряжение источника питания ( зарядного устройства), В.

U_н.з. и U_к.з. –
напряжение батареи в начале и конца заряда батареи соответственно, В.

n – число
последовательно включенных аккумуляторных батарей.

Очевидно, что всегда должно быть
соблюдено условие: напряжение зарядного устройства должно быть больше
напряжения батарей в конце заряда.

Заряд при постоянной величине
зарядного тока позволяет просто оценить количество электричества в ампер-часах,
которое сообщено батарее:

Q = I t

где Q –
количество электричества, полученное батареей за время t,
Ахч.величина зарядного тока, А:

t – время, ч,

На основании исследований
коэффициента использования тока была выбрана величина тока заряда O.IQ A (Q –
номинальная емкость аккумуляторной батареи). При заряде током такой величины в
первый период он расходуется почти полностью на основные реакции. После того
как аккумуляторной батарее будет сообщено примерно 90% ёмкости, полученной при
предшествующем разряде, наблюдается повышение ее напряжения до пределов, при
которых начинается разложение воды и выделение водорода и кислорода в виде
газа. Газ выделяется на поверхности электролита в виде пузырьков, создавая
впечатление кипения. На разложение воды расходуется значительное количество
энергии. Поэтому при заряде необходимо сообщить аккумуляторной батарее
количество электричества в 1.2 – 1.5 раза больше, чем было получено при
разряде. Напряжение аккумулятора в процессе заряда увеличивается, достигая к
концу величины 2.5 – 2.7 В при положительных температурах.

Реальное сопротивление реостата
должно удовлетворять уравнению:

где U_ист –
напряжение источника питания;

n –
количество аккумуляторов,

I – величина
тока заряда, А.

Коэффициент 0,5 в знаменателе
формулы введен для того, чтобы обеспечить широкие пределы регулирования,
позволяющие при необходимости переход на заряд половинным током (вторая
ступень).

В случае повышения температуры более
45°С избежать сокращения срока службы аккумулятора, можно уменьшив ток заряда в
2 раза или прервать заряд для охлаждения до 30-35°С.

В случае последовательного включения
в одну цепь аккумуляторов с разной емкостью необходимую величину силы зарядного
тока устанавливают по батарее наименьшей емкости.

Основное достоинство заряда батарей
при постоянной силе тока в том, что имеется возможность регулировать и
контролировать силу тока в процессе всего заряда, что особенно важно при
устранении сульфатации пластин [12, 13].

Основными недостатками этого метода
являются:

• большая продолжительность времени
заряда батарей;

• необходимость регулирования силы
тока в процессе всего заряда;

• большое газовыделение, а,
следовательно, и повышенный износ пластин;

• потеря энергии на реостатах.

Последний недостаток устраним при
замене реостата на тиристорный регулятор тока. Процесс постоянной регулировки
тока для поддержания одного значения можно возложить на электронику, в случае
если ток ограничивается тиристорами.

Заряды током постоянной величины
применяются лишь для малых аккумуляторов.

Заряд при постоянстве напряжения

При этом способе напряжение в
процессе заряда поддерживается постоянным. Величина начального зарядного тока
для полностью разряженной батареи составляет 1 – 1,5 QA. В процессе
заряда, когда напряжение батареи постепенно возрастает, сила тока понижается и
к концу заряда значительно меньше, чем при заряде постоянным током (эта
зависимость видна также из формулы 2.1). В связи с большим током в начале
заряда за первые 3 – 4 часа батарея заряжается на 90 – 95% своей емкости.
Средняя величина зарядного тока приблизительно равна 0.1 QА. Несмотря
на различие в токах при данном и предыдущем методах заряда на различных этапах,
общая продолжительность полного заряда батарей приблизительна одинаковая. Но
тем не менее в ряде случаев метод заряда постоянным напряжением предпочтителен,
так как в этом случае затраты на газовыделение, значительно меньше.

Постоянство напряжения регулируется
автоматически при помощи регулятора и контролируется вольтметром. Напряжение
источника должно заряда сопротивление малой величины.

Такой прием известен под названием
способа с полупостоянным напряжением. Напряжение на шинах источника
поддерживается в пределах от 2.5 до ЗВ на аккумулятор (оптимально 2.6 В при времени
заряда Вч). Сопротивление резистора может находиться в диапазоне от 0,096 до
0,294 Ом в зависимости от напряжения источника питания и требуемого времени
заряда.

Уравнительный заряд.

Такой заряд проводится при
постоянной силе тока, численно равной 10% номинальной емкости, как и заряд при
постоянстве тока, но в течение несколько большего времени, чем обычно. Его цель
– обеспечить в аккумуляторной батарее полное восстановление активных масс во
всех электродах всех аккумуляторов. Уравнительный заряд нейтрализует
воздействие глубоких разрядов на отрицательные электроды и рекомендуется как
мера, устраняющая сульфатацию электродов. Заряд продолжается до тех пор, пока
во всех аккумуляторах не будет наблюдаться постоянство величины плотности
электролита и напряжения в течение 3 ч.

Форсированный заряд.

Такой заряд может производиться
токами, численно равными до 70% от номинальной емкости, но в течение короткого
времени – тем меньшего, чем больше ток. Практически при токе 0,7 QА,
продолжительность заряда не должна быть более 30 минут, при токе 0,5 QА – 45
минут, при токе 0,3 QА – 90 минут. В процессе
форсированного заряда необходимо контролировать температуру электролита и при
достижении 45°С прекращать дальнейший заряд. Следует отметить, что применение
форсированного заряда должно быть исключением, так как его систематическое
многократное повторение для одной и той же аккумуляторной батареи заметно
сокращает срок ее службы. Этот тип заряда следует применять только при
необходимости восстановить работоспособность сильно разряженной аккумуляторной
батареи в короткое время.

Постоянный (непрерывный) подзаряд.

Применяется при длительном хранении
аккумуляторных батарей, заполненных электролитом, на автомобилях с постоянной
готовностью. Такой заряд ведется током, приблизительно компенсирующим
саморазряд аккумуляторной батареи. Существуют различные способы постоянного
подзаряда:

• при постоянном напряжении,
незначительно превышающем напряжение батареи;

• при параллельном включении батарей
и ограничении величины тока в цепи каждой батареи.

Основным недостатком является то,
что он ускоряет процесс коррозии решеток положительных электродов. Достоинством
его является поддержание аккумуляторных батарей в состоянии полного заряда
независимо от срока хранения.

Ступенчатые методы заряда

Исследования показали, что при
заряде током постоянной величины усиленное газообразование начинается тогда,
когда напряжение на аккумуляторе увеличится примерно до 2,4 В. Чтобы избежать
интенсивного газовыделения, а, следовательно, преждевременного разрушения
пластин, при достижении напряжения 2,4 В. уменьшают зарядный ток в два раза –
переходят на вторую ступень. Достигнув на второй ступени 2,4 В, вновь снижают
зарядный ток вдвое – переходят на третью ступень; четвертую ступень заряда
обычно проводят уже способом постоянного напряжения, постоянно уменьшая ток
заряда.

При ступенчатых зарядах
газовыделение и износ пластин малы, причем хорошо используется подведенная
электроэнергия. Поэтому для больших аккумуляторов трехступенчатые и
четырехступенчатые заряды являются основными.

Величина тока первой ступени для
больших аккумуляторов указывается в формуляре батареи. Если температура
электролита перед зарядом будет выше 20°С, то в целях предупреждения перерыва
заряда из-за высокой температуры электролита зарядные токи целесообразно
уменьшить, и со ступени на ступень переходить раньше, а именно при напряжениях
2,4-2,44В.

Заряд трехступенчатым способом
считают законченным, кода плотность электролита и напряжение у большинства
аккумуляторов при постоянной величине зарядного тока и при наличии равномерного
кипения электролита остаются без изменения в течение одного часа.

Зарядка импульсным током. Под
импульсным зарядом подразумевают применение тока, который изменяет свою
величину или напряжение периодически, через определенные интервалы времени. По
характеру этих показателей импульсный ток разделяют на две разновидности:
пульсирующий и ассиметричный (разъяснения см. ниже). Зарядка пульсирующим
током. Пульсирующим током называют такой, у которого величина меняется в
пределах от нуля до максимального значения, сохраняя неизменной свою
полярность.

Зарядка ассиметричным током.
Асимметричный, или реверсивный, ток определяется наличием обратной амплитуды,
иными словами, в каждом цикле он меняет свою полярность. Однако количество
электричества, протекающего при прямой полярности, больше, чем при обратной
(отношение зарядной и разрядной составляющих равно 10:1, а длительностей
импульсов – 1:2), что и обеспечивает заряд аккумулятора. Этот способ позволяет
не только восстанавливать работоспособность засульфатированных аккумуляторных
батарей, но и проводить профилактическую обработку исправных (рис. 12).

Рис. 12. Заряд ассиметричным током:
Сз – ёмкость, сообщённая аккумулятору за время импульса t₃; Ср –
ёмкость, снятая с аккумулятора за время импульса tp.

3.2 Зарядные устройства для
аккумуляторов

аккумуляторный батарея зарядный
трансформатор

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных
батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в
течение всего срока службы [10,13,14,19].

Зарядное устройство обычно состоит из
понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве
регуляторов тока обычно используют проволочные реостаты и транзисторные стабилизаторы
тока. В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая
мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода
его из строя, (рис. 13).

Рис. 13. Упрощенная схема зарядного устройства.

Для регулировки зарядного тока можно
использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной
(сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных
сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная схема такого
устройства приведена на рис. 75. В нем тепловая (активная) мощность выделяется
лишь на диодах VD1-VD4
выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен.
Ток зарядки аккумуляторной батареи GB1
поддерживается на определенном уровне. В процессе зарядки напряжение на батарее
увеличивается, а ток, текущий через нее, стремится уменьшиться. Но при этом
возрастает приведенное сопротивление первичной обмотки трансформатора Т1,
напряжение на ней увеличивается, в результате чего ток через батарею GB1
изменяется незначительно.

Другое устройство, обеспечивающее зарядку
12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, представлено ниже, причем
ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А. Предусмотрена
возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью
зарядится. Оно не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и
обрывов в ней.

Схема этого устройства приведена на рис. 14.
Магазин конденсаторов состоит из конденсаторов С1-С4, суммарная емкость которых
составляет 37,5 мкФ. Выключателями Q1-Q4
можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать
ток зарядки. Например, для тока зарядки, равного 11 А, необходимо замкнуть
контакты выключателей Ql,
Q2 и Q4.

Рассмотрим работу устройства. Допустим, что к
гнездам XS1 и XS2
подключена аккумуляторная батарея и выключателями Q1-Q4
установлен требуемый зарядный ток. В этом случае при нажатии кнопки SB1
“Пуск” сработает реле К1, контактами К 1.1 оно заблокирует кнопку SB1,
а контактами К 1.2 подключит к заряжаемой батарее цепь автоматического
отключения устройства. Контакты К 1.2 необходимы для того, чтобы батарея не
разряжалась после отключения устройства от сети через диод VD6
и резисторы R3-R5.

Рис. 14. Схема зарядного устройства.

Переменным резистором R4
устанавливают порог срабатывания реле К2 (оно должно срабатывать при напряжении
на гнездах XS1 и XS2,
равном напряжению полностью заряженной батареи). Когда напряжение батареи
достигнет заданного значения, откроются стабилитрон VD8
и транзистор VT2. Сработает
реле К2, которое контактами К2.1 обесточит обмотку реле К1, а оно, отпуская,
контактами К 1.1 разорвет цепь питания устройства. При нарушении контакта в
цепи нагрузки напряжение на гнездах XS1
и XS2 резко возрастет,
отчего также сработает реле К2 и отключит устройство от сети.

Аварийное отключение устройства происходит при
любом положении движка переменного резистора R4.
Но такие случаи нежелательны так как в течение времени срабатывания реле К2 и
отпускания реле К1 конденсаторы С1-С4 будут находиться под повышенным
напряжением (превышающим сетевое). Поэтому зарядное устройство следует включать
в сеть лишь после того, как аккумуляторная батарея подсоединена к выходным гнездам.
При коротком замыкании в цепи нагрузки ток через гнезда XS1
и XS2 несколько
увеличивается, но для устройства это не опасно.

Налаживание смонтированного устройства сводится
к подбору шунта амперметра РА1 на ток 30 А и подбору емкостей конденсаторов
С1-С4, обеспечивающих требуемые зарядные токи.

При зарядке 12-вольтовых аккумуляторных батарей
током 15 А КПД устройства достигает 75%, а температура внутри корпуса после 10
ч непрерывной работы не поднимается выше 40 С.

На рис. 15 представлена схема еще одного
зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до
максимального значения. Изменение тока в нагрузке достигается регулированием
угла открывания тиристора VS1.
Узел регулирования выполнен на однопереходном транзисторе VT2.
Времязадающий конденсатор О заряжается коллекторным током транзистора VT1.
Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R3.
Чем больше ток, тем быстрее заряжается конденсатор С1 до напряжения открывания
транзистора VT2, тем
раньше открывается тринистор VS1,
тем больше среднее значение тока через аккумуляторную батарею. Следовательно,
зарядный ток регулируется поворотом движка переменного резистора R3.
Напряжение на этот резистор поступает от подключенной к гнездам XS1
аккумуляторной батареи. Чтобы исключить зависимость зарядного тока от
напряжения на аккумуляторной батарее, напряжение на переменном резисторе R3
стабилизированного стабилитроном VD6.

Рис. 15. Зарядное устройство с тринисторным
регулятором тока.

Питание базы транзистора VT1
частью напряжения аккумуляторной батареи позволило обеспечить эффективную
защиту зарядного устройства от неправильной полярности подключения
аккумуляторной батареи к гнездам XS1,
т.е. от переполюсовки. При переполюсовке диод VD7
окажется включенным в обратном направлении, напряжение на базе транзистора VT1
будет отсутствовать, конденсатор С1 не будет заряжаться и ток в нагрузке будет
равен нулю. Аналогичное явление будет наблюдаться и в том случае, если к
гнездам XS1 подключена
нагрузка, не имеющая собственной ЭДС, а также аккумулятор с напряжением меньше
4…5 В.

Для измерения силы зарядного тока использован
микроамперметр РА1 с шунтом из резисторов R7,
R8. Защита
устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями FU1
и FU2.

На рис. 16 показаны временные диаграммы работы
обоих описанных зарядных устройств.

Рис. 16. Временные диаграммы работы
зарядных устройств. а) – с конденсатором в цепи первичной обмотки
трансформатора тринисторным регулятором тока; U_зу – напряжение
на выходе зарядного устройства при отключенном аккумуляторе; U_max –
максимальное (амплитудное) зажженного аккумулятора (когда он отключен от
зарядного устройства); I_о – ток
заряда аккумулятора;  – угол
открывания тринистора.

Ток заряда протекает через
аккумулятор только тогда, когда U_З< U_а. Таким
образом, форма зарядного тока отличается от синусоидальной, особенно для
устройства с тринисторным регулированием. Это приводит к увеличению
коэффициента формы кривой зарядного тока (коэффициент формы – это отношение
действующего значения тока к среднему значению тока).

Значительно снизить потери мощности
в тринисторе и, следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, если
регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь
первичной обмотки. Схема такого устройства показана на рис. 17. Регулирующий
узел аналогичен используемому в предыдущем варианте устройства. Регулирующий
тринистор VS1 включен в
диагональ выпрямительного моста VD1-VD4. Поскольку
ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на
диодах VD1-VD4 и
тринисторе VS1 выделяется
относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на
радиаторы. Кроме того, значительно уменьшены потери мощности на шунте
амперметра (резисторе R1) за счет включения амперметра в
цепь первичной обмотки трансформатора Т1. Кроме того, применение тринистора в
цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой
зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также
приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого устройства
следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что
необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения (например,
использовать переменный резистор R6 с пластмассовой осью).

Рис. 17. Зарядное устройство с
транзистором в цепи первичной обмотки трансформатора.

Журнале «Радиолюбитель» №10 за 1998
год опубликована статья А. Сорокина «Зарядно-десульфатирующий автомат для автомобильных
аккумуляторов». Путем длительных наблюдений и экспериментов автором была
создана схема, опытная эксплуатация которой в течение 10 лет показала
эффективную работу устройства. Принципиальная схема зарядного устройства
приведена на рис. 18.

Рис. 18. Принципиальная схема
зарядного устройства.

Принцип работы заключается в
следующем:

. Заряд производится на
положительной полуволне вторичного напряжения.

. На отрицательной полуволне
происходит частичный разряд батареи за счет протекания тока через нагрузочный
резистор.

. Автоматическое включение при
падении напряжения за счет саморазряда до 12,5 В и автоматическое отключение от
сети 220 В при достижении напряжения на батарее 14.4 В.

Отключение – бесконтактное, посредством
симистора и схемы контроля напряжения на батарее.

Важное достоинство метода
заключается в том, что пока не подключена батарея (автоматический режим), блок
не может включиться, что исключает короткое замыкание при замыкании проводов,
подводящих зарядный ток к аккумуляторной батарее.

При сильно разряженной батарее
включение блока возможно посредством переключателя
“АВТОМАТ-ПОСТОЯННО”.

Еще одно очень важное достоинство –
отсутствие сильного “кипения”, что в совокупности с автоматическими
отключением и включением позволяет оставлять включенное устройство без
присмотра на длительное время.

В целях пожарной безопасности
необходимо, чтобы зарядное устройство было в металлическом корпусе, сечение
подводящих проводников к батарее – не менее 2,5 мм. Обязателен также надежный
контакт на клеммах батареи.

Напряжение сети 220 В подается через
предохранитель FU1 и симистор VD1 на
первичную обмотку силового трансформатора. Со вторичной обмотки переменное
напряжение U₂=21В
выпрямляется диодом VD3 и через балластный резистор R8
сопротивлением 1,5 Ом поступает на клемму ” ” батареи, к которой
подключены вольтметр РА1 на 15 В, тумблер SA2 “ВКЛ.
ДЕСУЛЬФАТА-ЦИЯ” и схема контроля и управления, представляющая собой
триггер Шмитта с гистерезистором около 1,8 В, определяемым падением напряжения
на диодах VD5, VD6 и переходе
база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT1 при
напряжении на аккумуляторе 12,6 В включается, и через оптрон VD4 включает
симистор VD1, что
приводит к включению трансформатора Т1 и подаче напряжения на заряжаемый
аккумулятор.

Подключение тумблером SA2 резистора R5
обеспечивает асимметричность формы зарядного тока. Свето-диоды VD8 и VD7 индицируют
включение блока в режимы “ДЕСУЛЬФА-ТАЦИЯ” и “ВКЛ.”
соответственно. Резистором R7 устанавливается момент отключения
блока при напряжении на вольтметре 15 В – 0,5 В падает на подводящих проводах).
Мостик VD2
обеспечивает включение симис-тора на обеих полуволнах сетевого напряжения и
нормальную работу трансформатора. Тумблер SA1 служит для
включения режима “ПОСТОЯННО”.

Зарядных устройств для
аккумуляторных батарей предлагаемых на рынках великое множество. Если зайти на
адрес Яндекс и набрать «Зарядные устройства для кислотных аккумуляторов» то в
информационном окошке появляется цифра 345000 стр. сообщений по данной тематике.
Поэтому надо ограничиться с поисками и остановиться на оптимальной схеме,
которую – можно выполнить в условиях кружка технического творчества учебного
заведения.

Глава 4. Изготовление зарядного
устройства

4.1 Принципиальная схема и принцип
работы зарядного устройства

При выборе и изготовлении зарядных
устройств можно сформулировать основные требования к ним :

. По мере заряда аккумулятора
зарядный ток должен уменьшаться;

. Зарядное устройство должно иметь
регулировку тока;

. При достижении напряжения 15,5 –
16В заряд должен останавливаться;

. Зарядное устройство должно быть
защищено от коротких замыканий и ошибочных подключений в неправильной
полярности;

. Зарядное устройство должно
обеспечивать десульфатацию пластин аккумулятора;

. Зарядное устройство должно быть
простым и не содержать дефицитных деталей. В результате анализа многочисленных
схем зарядных устройств, которые можно рекомендовать для изготовления в
условиях кружка технического творчества, была выбрана достаточно простая схема,
с рабочими напряжениями 14 вольт и содержащая небольшое количество элементов.
Это зарядное устройство описано в интернет – сообщении «Зарядка аккумуляторов
ассиметричным током» htth://vo380.narod.ru [19].

Значительно лучших эксплуатационных
характеристик аккумуляторов можно добиться, если их зарядку производить
асимметричным томом. Схема устройства зарядки, реализующая такой принцип,
показана на рисунке. 19.

Рис. 19. Принципиальная схема
зарядного устройства ассиметричным током.

При положительном полупериоде
входного переменного напряжения ток протекает через элементы VD1, R1 и
стабилизируется диодом VD2. Часть стабилизированного
напряжения через переменный резистор R3 подается
на базу транзистора VT2. Транзисторы VT2 и VT4 нижнего
плеча устройства работают как генератор тока, величина которого зависит от
сопротивления резистора R4 и напряжения на базе VT2. Зарядный
ток в цепи аккумулятора протекает по элементам VD3, SA1.1, РА1, SA1.2,
аккумулятор, коллекторный перепад транзистора VT4, R4.

При отрицательном полупериоде
переменного напряжения на диоде VD1 работа устройства
аналогична, но работает верхнее плечо – VD1
стабилизирует отрицательное напряжение, которое регулирует протекающий по
аккумулятору ток в обратном напряжении (ток разрядки).

Показанный на схеме миллиамперметр
РА1 используется при первоначальной настройке, в дальнейшем его можно
отключить, переведя переключатель в другое положение.

Следовательно, в данном устройстве,
возможно, применять аккумуляторы с различной величиной энергоемкости. 2. При
каких-либо пропаданиях переменного напряжения каждое из плеч закрывается и
через аккумулятор ток не протекает, что защищает аккумулятор от
самопроизвольной разрядки.

В данном устройстве из отечественных
элементов можно применить в качестве VD, и VD2 – КС133А, VT1 и VT2 – КТ315Б
или КТ503Б. Остальные элементы выбираются в зависимости от зарядного тока. Если
он не превышает 100 мА, то в качестве транзисторов VT₃ и VT₄ следует
применить КГ815 или КТ807 с любыми буквенными индексами (расположить на
теплоотводе с площадью теплорассеиваюшей поверхности 5-15 кв. см), а в качестве
диодов VD₃ и VD₄ – Д226,
КД105 тоже с любыми буквенными индексами. Настройка зарядного устройства
заключается в следующих операциях. На выходе устройства устанавливается
измерительная головка, по которой измеряется ток заряда-разряда. Величина тока
заряда-разряда регулируется с помощью переменных сопротивлений R₂, R₃. Для
настройки измерительной головки на максимальное отклонение стрелки прибора
подбирается шунт, для чего последовательно подключается эталонный тестер.
Сопротивление шунта подбирается таким образом, чтобы максимальный ток,
проходящий через аккумулятор, соответствовал максимальному отклонению стрелки
прибора. Для определения положения клемм направления заряда отключаем цепь
питания транзисторов VT₂-VT₄
(сопротивление R₃ вывести в
нулевое положение при этом на клемме должно быть положительное направление
заряда. Зарядное устройство тарируем таким образом, что заряд осуществляется
силой тока 100, а разряд 30с частотой 25 гц. Многочисленные эксперименты и
наблюдения показали, что при длительной эксплуатации данного зарядного
устройства, в течение 3-4 месяцев зимней стоянки автомобиля, аккумуляторная
батарея находится в состоянии полной 100% зарядки. Подтверждены случаи
восстановления старых (4-5 лет эксплуатации) аккумуляторных батарей данными
зарядными устройствами ассиметричного тока.

4.2 Расчет трансформатора

Перед началом расчета нам нужно
определиться с выходными данными будущего трансформатора [16, 18].

Нам нужен силовой трансформатор для
зарядки автомобильного аккумулятора с номинальным током зарядки 1 ампер и
напряжением на вторичной обмотке 16 вольт.

Определяем мощность трансформатора
(Р).

Мощность трансформатора определяется
из произведения напряжения на вторичной обмотке и снимаемого с нее тока.

P = U*I = 16*l = 16 Bm

Р – мощность, потребляемая от
обмотки, Вт;

U –
напряжение этой обмотки. В;- сила тока этой же обмотки, А.

Зная габаритную мощность
трансформатора, находим сечение сердечника:

S =

Рис. 20. Сечение сердечника.

Сечение сердечника, как показано на
рисунке 20, это произведение ширины рабочего керна (на котором располагается
катушка) а на толщину пакета с. Размеры а и с выражают в сантиметрах, а сечение
– в квадратных сантиметрах.

После этого выбирают тип пластин
трансформаторной стали и определяют толщину пакета. Для этого сначала находят
приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле:

Затем по полученному значению, а
производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в
наличии и находят фактическую ширину рабочего керна, после чего определяют
толщину пакета:

c = S/a = 4/16 =
2,5

Согласно справочным данным на
трансформаторы, в нашем случае подходит трансформатор ШЛ 16 х 25.

Определяем количество витков,
приходящихся на 1 вольт напряжения по формуле:

n = k/S = 40/4= 10
витков

где n –
количество витков на 1 вольт;

k –
коэффициент, определяемый свойствами сердечника (для нашего трансформатора k = 40);

S – Сечение
рабочего керна сердечника.

Определяем количество витков
первичной обмотки.

W₁ = U*n = 220*10 =
2200 витков

Зная необходимое напряжение
вторичной обмотки и количество витков на 1 вольт, определяем количество витков
во вторичной обмотке:

W₁=U*n*m = 16*10*
1,03 = 165 витков

W –
Количество витков в обмотке;

m –
коэффициент силы тока;

n –
количество витков на 1 вольт.

При определении количества витков
вторичной обмотки нужно вводить приближенную поправку на падение напряжения на
самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки.

Коэффициент т зависит от силы тока,
протекающего по данной обмотке, и может, найден из табл. 1.

Таблица 1

Если сила тока меньше 0,2 А, можно принимать
т-1.

Определяем диаметра провода первичной и
вторичной обмоток.

Толщина провода, которым наматывается обмотка
трансформатора, определяется силой тока, протекающего по этой обмотке. Чем
тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, а значит, в падение напряжения
на ней, и тем сильнее она нагревается. Для каждого же типа обмоточного провода
существует предел допустимого нагрева, который учитывается введением в расчет
коэффициента р. определяемого по табл. 2.

Таблица 2

Выбрав коэффициент р, можно определить диаметр
провода каждой обмотки:

где d – диаметр
провода по меди, мм;- сила тока в обмотке, А.

Найденное значение диаметра провода
округляют до ближайшего большего стандартного диаметра.

Сила тока в первичной обмотке
определяется исходя из габаритной мощности трансформатора и напряжения сети;

I = P/U= 16/220 =
0,07А.

Диаметр провода первичной обмотки:

Найденное значение диаметра провода
округляют до ближайшего большего стандартного диаметра.

В конце расчета проверяем заполнение
окна обмотками. Если обмотки умещаются в окне выбранного трансформатора – можно
приступать к намотке, в противном случае придется использовать сердечник с
большей площадью сечения и произвести весь расчет заново.

Расчет заключается в определении
количества витков и слоев каждой обмотки с учетом количества прокладок между
слоями и толщины каркаса катушки.

Окно сердечника, предназначенное для
размещения катушки с обмотками, имеет размеры, соответствующие толщине катушки b и ее ширине
h (см. рис.
21). Однако не вся площадь окна может быть занята обмотками, необходимо
оставить место и для каркаса катушки. Кроме того, обмотки нельзя наматывать
вплотную к щечкам каркаса, так как это может привести к «проваливанию» витков
верхних слоев намотки в пространство занятое нижними слоями, в результате чего
может возникнуть пробой между витками, появятся короткозамкнутые витки, и во
время работы трансформатора его обмотки сгорят. Исходя из этого, в зависимости
от конструкции каркаса и толщины материала, из которого он будет изготовлен, а
также с учетом расстояния между щечкой каркаса и началом намотки каждого слоя,
выбираются эффективные размеры окна b и h.

Обмотки трансформатора наматываются
рядовой намоткой виток к витку с прокладками между слоями для обеспечения
электрической изоляции одного слоя по отношению к соседнему, иначе возникнет
пробой между витками обмоток. Поэтому между слоями используются прокладки в
виде одного слоя кабельной бумаги, а между обмотками – три слоя такой же
бумаги. Иногда, если прочность электрической изоляции какой-либо обмотки нужно
специально увеличить, между этой обмоткой и другими прокладывают дополнительно
один или несколько слоев лакоткани.

4.3 Изготовление печатной платы и
монтаж элементов схемы

Вся современная радиоаппаратура
собирается на печатных платах, что позволяет повысить её надежность, а также
упростить сборку.

Имеется схема и приобретены нужные
детали. Учитывая реальные габариты деталей, приступим к разводке топологии
поточных проводников. Разводку топологии выполняем карандашом на миллиметровой
бумаге, габариты которой определяются с учетом её разложения в корпусе, отмечая
места отверстий для выводов радиоэлементов. Линии соединения элементов
выполняются в соответствии электрической схемой по кратчайшему пути при
минимальной длине соединительных проводников [18].

После размещения всех элементов
необходимо ещё раз проверить соответствие топологии платы электрической схеме.
Для изготовления платы из фольгированного стеклотекстолита вырезается заготовка
печатной платы. К заготовке закрепляем рисунок топологии и по рисунку с помощью
керна или шила, намечаем отверстия для выводов элементов и крепления платы.
Сверлим отверстия, сняв бумагу, сверлом диаметром 0,9 – 1,5 мм для деталей и 3
– 3,5 мм для крепления платы. Для изготовления первого экземпляра зарядного
устройства выбираем способ изготовления печатной платы без использования
химических реактивов. При этом зазоры между контактными дорожками выполняются
резаком или при помощи металлической линейки. Этот метод хорошо себя
зарекомендовал при изготовлении простых топологий. На рис. 21 приведена
печатная плата для зарядного устройства. В отверстие вставляется детали схемы,
обрубаются остатки выводов и запаиваются. По окончанию припая деталей,
щеточкой, смоченной в ацетоне или спирте, снимаются продукты плавления
канифоли.

Рис. 21. Печатная плата устройства
для зарядки аккумуляторов ассиметричным током

В радиолюбительской практике
наибольшее распространение получил метод изготовления печатных плат путем
травления фольгированного медью материала – сетилакса, текстолита,
стеклотекстолита толщиной 2-3 мм. Поверхность фольги заготовки печатной платы
перед нанесением на нее рисунка топологии тщательно зачищают абразивной
шкуркой, чтобы удалить пленку окислов и загрязнений, затем обезжиривают
ацетоном. Существует множество способов нанесения топологии схемы на
поверхность платы, от покраски нужных участков лаком, краской и так далее до
использования лазерных принтеров. Все эти методы достаточно подробно описаны в
технической литературе. Зарядное устройство собрано на стальной пластине
толщиной 1,5 мм. и размерами 145 на 80 мм. На этой пластине сначала установлен
силовой трансформатор, затем печатная плата с деталями и с радиаторами для
выходных транзисторов. Фотография монтажа элементов схемы показана на рис. 22.

Рис. 22. Монтаж элементов зарядного
устройства.

К основанию прикреплены передняя и
задняя крышки, которые закреплены двумя скобами. Сверху элементы зарядного
устройства закрыты п-образной крышкой, в которой просверлены отверстия для
конвекционного теплообмена. На задней крышке устройства расположены
предохранитель и включатель сети зарядного устройства, а также осуществлен
подвод сетевого кабеля. На передней крышке расположены: измерительная головка,
выходные клеммы « » и «-», ручки переменных резисторов R₂ и R₃.
Измерительная головка позволяет устанавливать и контролировать ток зарядки и
разрядки с помощью переменных резисторов R₂ и R₃. (рис. 23).

Рис. 23. Панель управления зарядного
устройства.

Зарядное устройство для
автомобильного аккумулятора представлено на рис.23 и имеет следующие
технические характеристики:

• Напряжение питания прибора 220 В;

• Потребляемая мощность 30 ВТ;

• Максимальный выходной ток 0, 2 А;

• Максимальное выходное напряжение
14 В;

• Ток заряда 0,1 А;

• Ток разряда 0,3 А;

• Габаритные размеры: «в.ш.д.» 0,12;
0,14; 0,015 м. Устройство автономно, простое и надежное в эксплуатации, может
работать в полевых и стационарных условиях.

4.4 Методика проведения занятий в
кружке технического творчества при изготовлении зарядных устройств

Занятие 1. Конструирование зарядного
устройства для автомобильных аккумуляторов

Рассмотрим план – конспект занятий
кружка, на котором учащимся предлагается сконструировать прибор исходя из
заданных характеристик изделия.

Тема: Конструирование зарядного
устройства для заряда кислотных аккумуляторов.

Цель:

Обучающая – познакомить с вторичными
источниками тока, зарядными устройствами, сформировать у кружковцев
конструкторские умения;

Воспитывавшая – воспитание
трудолюбия, творческого отношения к труду, экономичности, бережливости;

Развивающая – развитие
конструкторского, образного мышления [2].

Наглядное пособие: плакаты со
схемами выпрямителей, регуляторов напряжения и тока, с рисунками аккумуляторных
батарей.

Тип занятия: комбинированный.

ХОД УРОКА:

Изложение нового материала.

Каждый из вас встречался с
вторичными источниками тока, такими как аккумуляторная батарея в автомобиле,
миниатюрные аккумуляторные элементы питания для радиотелефонов, видеокамер.
Вторичным источником тока называется элемент, а котором вещества, необходимые
для создания электрического тока, образуются при заряде этого элемента, т.е.
при пропускании тока в направлении обратном тому, в котором течет ток
создаваемый самим аккумулятором. При этом аккумулятор может использоваться
многократно.

Существует два основных типа
аккумуляторов.

Во первых в качестве электродов
используются свиней и его соли, а в качестве электролита – серная кислота,
такие аккумуляторы называются кислотными.

Во-вторых в качестве электродов
используются железо и никель в качестве электролита – щелочь, поэтому их
называют щелочными или железо – никелевыми. В последнее время появились
щелочные аккумуляторы, у которых электроды изготовлены из других металлов,
например никель – кадмиевые.

Из выше сказанного следует, что для
работы аккумуляторов требуется периодическая зарядка. Для этой цели разработан
огромный спектр приборов. Разнообразие видов объясняется разнообразием самих
аккумуляторных батарей, а также применением различных видов заряда.

У каждого вида заряда есть
определенные достоинства и недостатки. Одним из наиболее удачных является метод
заряда асимметричным или реверсивным током. Этот способ предполагает цикличную
организацию работы, а именно заряд проводится в два этапа: в первом происходит
непосредственно заряд, во втором этапе происходит непродолжительный разряд
током, после чего цикл повторяется. Разряд обеспечивает ряд преимуществ более
равномерный заряд по объему аккумулятора, меньшее время заряда, чем при заряде
постоянным током, позволяет восстанавливать потерянную емкость.

Конструирование и изготовление
прибора.

Кружковцам предлагается разработать
самим схемное решение. Дети сами или в случае затруднения, с помощью
преподавателя должны выбрать и обосновать свой выбор вариант выпрямителя,
регулятора тока к схемы переключателя режимов, Помимо этого следует произвести
элементарный расчет узлов и силовых элементов схемы, а также разработать
топологию печатной платы устройства.

Занятие 2. Изготовление печатной
платы

Тема: Изготовление печатной платы.

Цель:

обучающая – познакомить с методами и
оборудованием необходимым при изготовлении печатной платы, сформировать у
учащихся конструкторские умения;

воспитывавшая – воспитание
трудолюбия, творческого отношения к труду, экономичности, бережливости;

развивающая – умений и навыков.
Наглядное пособие: плакаты со схемами технических процессов изготовления плат,
с наглядным пособием (готовые я спаянные платы).

Тип занятия: комбинированный.

ХОД УРОКА:

Изложение нового материала и
закрепление старого.

. Растворы для травления. Существуют
различные составы для травления фольгироваиного материала при изготовлении
печатных плат. 1-й рецепт. Для форсированного (в течение 4 – 6 мин) травления
можно использовать следующий состав (в массовых частях): 38 %-ная соляная
кислота плотностью 1.19 г/см (20), 30%-ный пероксид (перекись) водорода –
пергидроль (20). Вода (60). Если пероксид водорода будет иметь концентрацию
16-18%. то на 20 массовых частей кислоты берут 40 частей пероксида и столько же
воды. Сначала смешивают с водой пероксид, а затем добавляют кислоту. Печатные
проводники и контактные площадки следует защищать кислотостойкой краской, например
нитроэмалью НЦ-11.

-й рецепт. В стакане холодной воды
растворяют 4-6 таблеток пероксида водорода и осторожно добавляют 15-25 мл
концентрированной серной кислоты. Для нанесения рисунка печатной платы на
фбльгированный материал можно пользоваться клеем БФ-2. Время травления в данном
растворе приблизительно 1ч.

. Приготовление хлорного железа.
Если нет хлорного железа в готовом виде (в порошке), го его можно приготовить
самому. Для этого необходимо иметь 9% соляную кислоту и мелкие железные опилки.
На 25 объемных частей кислоты берут одну часть железных опилок. Опилки засыпают
в открытый сосуд с кислотой и оставляют на несколько дней. По окончании реакции
раствор становится светло-зеленого цвета, а через 5-6 дней окраска меняется на
желто-бурую – раствор хлорного железа готов к применению.

. Гальваническое травление
выполняется таким образом. На заготовку через копировальную бумагу переносят
рисунок печатной платы. Затем фольгу покрывают тонким слоем разогретого
парафина или воска. Контуры печатных проводников и контактных площадок обводят
с легким нажимом острозаточенным шилом или иглой с участков фольги, подлежащих
травлению, снимают защитное покрытие. К фольге присоединяют положительный полюс
источника постоянного тока напряжением 4-12 В. Отрицательный полюс источника
подключают к металлическому сосуду для травления (можно использовать сосуд из
любого металла, например жестяную консервную банку). В сосуд заливают
насыщенный раствор поваренной соли, погружают в него заготовку платы и включают
источник питания. При этом на участках фольги, с которых удалено защитное
покрытие, появляется зеленоватый налет в виде накипи – происходит процесс
травления. Во время травления нельзя допускать, чтобы температура раствора
значительно повышалась, иначе защитное покрытие может нарушиться, поэтому
металлический сосуд помещают в ванну с проточной хрлодной водой.

. Печатную плату можно изготовить с
помощью резака и специальной линейки. Для этого на заготовке из фольгированного
материала сверлят все необходимые отверстия под выводы деталей и карандашом
воспроизводят рисунок изоляционных бороздок таким образом, чтобы проводники
были составлены из отрезков прямых линий. Затем по этим линиям с помощью
линейки с ограничительным выступом осторожно прорезают резаком слой фольги до изоляционного
материала. При этом выступ линейки совмещают с концом бороздки, чтобы
предотвратить ошибочное прорезание.

. Лужение печатной платы перед
монтажом улучшает паяемость, значительно облегчает и ускоряет монтаж, уменьшает
опасность перегрева элементов при монтаже.

Лудить можно в алюминиевой посуде
(плата должна умещаться на дне плашмя). В посуду наливают глицерин (толщина
слоя около 1 см) и разогревают его примерно до 60°С. Затем в глицерин кладут
куски сплава Розе и продолжают подогрев до его расплавления. Не следует
разогревать расплав выше 100°С.

Плату декапируют в 20 %-ном растворе
соляной кислоты, промывают водой и опускают в расплав на 1-3 с. Вынутую плату
быстро протирают поролоновой губкой, удаляя с поверхности излишки сплава.
Остатки глицерина смывают теплой водой.

Чтобы уменьшить опасность
отслаивания проводников во время пайки деталей, всю плату, за исключением
контактных площадок, после лужения покрывают слоем клея БФ-2.

Занятие 3. Виды припоев

Тема: Виды припоев.

Цель:

обучающая – познакомить учащихся с
различным видами припоев, научить детей различать различные виды припоев,

воспитывавшая – воспитание
трудолюбия, творческого отношения к труду, экономичности, бережливости,

развивающая – умений и навыков.
Наглядное пособие; наглядны пособия (различные виды припоев).

Тип занятия: комбинированный.

ХОД УРОКА:

Изложение нового материала, и
закрепление старого.

Припои разделяются на легкоплавкие и
тугоплавкие. Тугоплавкие припои, К тугоплавким относятся припои с температурой
плавления свыше 500°С, создающие высокую механическую прочность соединения
(сопротивление разрыву до 50 кг/мм). Недостатком их является именно то, что они
требуют высокой температуры нагрева и, хотя прочность такой пайки получается
весьма высокой, интенсивный нагрев может привести к нежелательным последствиям:
можно, например, «отпустить», стальную деталь. Легкоплавкие припои. К этой
категории относятся припои с температурой плавления до 400°С, имеющие
сравнительно невысокую механическую прочность (сопротивление разрыву до 7 кг/мм²).
При радиотехнических монтажных работах применяются главным образом легкоплавкие
припои. В состав их входят олово и свинец в различных пропорциях.

Существуют также сплавы, в состав
которых кроме олова и свинца входят висмут и кадмий. Эти сплавы наиболее
легкоплавкие: у некоторых из них температура плавления менее 100’С.
Механическая прочность соединения у таких сплавов весьма невелика, В настоящее
время легкоплавкие кадмий – висмутовые сплавы находят применение при ремонте
печатного монтажа. Используются, они также для пайки транзисторов, так как по
техническим, условиям их рекомендуется паять припоем с температурой плавления,
не превышающей 150° С.

Для пайки транзисторов можно
применять так называемый сплав Вуда с температурой плавления 73°С в состав которого
входят: олово – 13%, свинец – 27%, висмут – 50%, кадмий – 10%. Сплав Вуда можно
приготовить по указанному рецепту самому или купить в аптеке. Пайка, ведется
слабо нагретым паяльником. В качестве флюса используется канифоль.

При пайке монтажных проводов
радиоаппаратуры удобно пользоваться оловянно-свинцовыми припоями, отлитыми в
виде тонких прутков диаметром 2 – 2.5 мм. Такие прутки можно изготовить самому,
выливая расплавленный припой в сосуд, в дне которого заранее, проделано
отверстие. Сосуд при этом следует держать над листом жести или металлической
плитой. После остывания прутки следует разрезать на куски необходимой длины. Их
температура плавления менее 100°С. Механическая прочность соединения у таких
сплавов весьма невелика. В настоящее время легкоплавкие кадмий – висмутовые
сплавы находят применение при ремонте печатного монтажа. Используются, они
также для пайки транзисторов, так как по техническим, условиям их рекомендуется
паять припоем с температурой плавления, не превышающей 150° С.

Для пайки транзисторов можно
применять так называемый сплав Вуда с температурой плавления 73°С в состав
которого входят: олово – 13%, свинец – 27%о, висмут – 50%, кадмий – 10%. Сплав
Вуда можно приготовить по указанному рецепту самому или купить в аптеке. Пайка,
ведется слабо нагретым паяльником. В качестве флюса используется канифоль.

4.5 Задачи воспитания в процессе
кружковой работы

Кружковая работа имеет целью не
только дать учащимся соответствующие знания, умения и навыки, но и воспитать у
них сознательное отношение к труду, к общественной и личной собственности, к
коллективу и его отдельным членам, готовность трудиться для общей пользы.

В процессе коллективного труда,
основанного на принципе товарищества и взаимопомощи, формируется человек. Вот
почему процесс трудового обучения строится таким образом, чтобы учащиеся
работали коллективно, были объединены общностью ближних и дальних задач. В
процессе выполнения трудовых заданий им приходится выполнять отдельные работы
сообща, помогать друг другу, обмениваться мыслями, советами и т.д. Эти
возможности должен широко использовать руководитель кружка для воспитания
учащихся. В период пауз для отдыха, при контроле выполнения работ, при
подведении итогов следует подчеркивать положительные действия и поступки
кружковцев, рассказывать им о коллективизме и товариществе членов
производственных бригад.

Изготовление кружковцами полезных
изделий дает возможность применять коллективный труд с соответствующими
современному производству разделением его на операции, использованием в работе
приспособлений и механизмов. В этих условиях возникает возможность применения
такого воспитательного приема, как коллективная ответственность учащихся за
качество изготовленной продукции, сроки выполнения работ т.д. Для того чтобы
каждый кружковец глубоко осознавал связь собственного труда с трудом
коллектива, следует практиковать при изготовлении изделий четкое разделение
труда. В таких условиях, если отдельные ученики допускают небрежность в работе,
недисциплинированность, то воспитателем становится коллектив, непримиримый к
срывам в работе. Приближение к запросам народного хозяйства, кружок делает
трудовое обучение в школе действительно воспитывающим. Участие в
производительном труде – частице общей сознательной деятельности народа –
развивает и воспитывает у учащихся чувство ответственности за порученное дело,
сознание общественного долга, коллективистскую мораль. В беседе (инструктаже),
руководитель не должен ограничиваться только сообщением о том, что и как
изготовлять, в какой последовательности и каким инструментом. Здесь надо
подчеркивать общественную значимость данного труда.

Важное воспитательное значение имеет
акт передачи готовой продукции заказчику. Для передачи необходимо выделить
ребят, которые принимали наиболее активное участие в изготовлении деталей,
чтобы потом они могли рассказать кружковцам о передаче изделий заказчику и их
использовании.

С целью воспитания коллективизма,
трудолюбия, непримиримости к ошибкам необходимо широко использовать ученическое
самоуправление и самообслуживание. Для этого в каждой учебной группе можно
выделить (или избрать) учащегося, который обязан помогать руководителю в
раздаче и хранении инструмента (его условно можно назвать инструментальщиком),
кружковца, следящего за чистотой в помещении мастерских и соблюдения санитарных
требований во время работы (санитаром), а также учащегося, который, под
руководством или при участии учителя следил бы за качеством выполнения работы
(его условно называют контролером). Опыт школ показывает, что правильная
организация такого самоуправления оказывает положительное воспитательное
воздействие на всех учащихся: они внимательно прислушиваются к замечаниям
товарищей и стараются не допускать ошибок и нарушений. Разумеется, при этом
руководящая роль руководителя в учебном процессе не ослабляется и его
деятельность не подменяется деятельностью ученического самоуправления. Детское
самоуправление, являясь действенным средством воспитательного влияния на
учащихся, помогает учителю в работе.

Впоследствии, в процесс учебы, к
исполнению этих обязанностей в порядке очередности следует привлекать все
большее число и на практике приучать их правильным взаимоотношениям в
коллективе.

В процессе трудового обучения
кружковцы вступают между собой в отношения дружбы и взаимопомощи, руководства и
подчинения, ответственной зависимости, взаимной требовательности и деловой
критики. Руководителю нужно внимательно следить за развитием этих отношений и
правильно направлять их.

Следует помнить, что результаты
воспитания зависят не только от содержания занятий, но и от контроля за работой
учащихся. На стадии формирования навыков кружковцев не следует подгонять, так
как неправильные приемы работы могут закрепиться и потом исправлять их будет
значительно труднее. Бывает и так, что учащийся при первой неудаче оставляет
работу, считая, что у него ничего не получится. Иногда закреплению
отрицательных последствий первой неудачи способствуют родители, которые,
высказывая предположения о неспособности их ребенка к физическому труду, мешают
ему правильно оценить свои возможности и способности. Поэтому учитель должен
внимательно подходить к анализу таких случаев и к ликвидации их нежелательных
последствий, вселяя в учащихся уверенность в своих силах.

Воспитание чувства критической
самооценки и самоконтроля, непримиримости к недостаткам, Как указывалось выше
руководитель кружка, проверяя качество изделия, должен предложить учащемуся
самостоятельно оценить его качество. Практика работы передовых учителей
показывает, что такой методический прием имеет важное воспитательное значение.
Систематические упражнения кружковцев в определении точности и качества
изготовления предметов способствуют выработке у них навыков самоконтроля,
чувства критической самооценки. С целью укрепления этих навыков целесообразно
систематически приобщать учащихся к самоконтролю. Для этого нами разработан
учебный элемент “Технология изготовления печатных плат”.

Воспитание сознательной дисциплины.
В современных условиях с увеличением масштабов производства, усложнением
хозяйственных связей, ускорением научно технического прогресса повышается
значение каждого часа, каждой минуты рабочего времени, строгое соблюдение
правил внутреннего распорядка. Приучать к этому нужно, начиная со школьной
скамьи. Особенно благоприятные условия создаются для этого в процессе трудового
обучения и кружковой работы. Здесь следует использовать методы убеждения
учащихся одновременно подходить к их работе с высокой требовательностью.
Замечая те или иные отклонения в поведении учащихся, в их взаимоотношениях
между собой, нужно на положительных примерах показывать и разъяснять, как
следует вести себя в тех или иных обстоятельствах. В результате выполнения
систематических и настойчивых требований руководителя учащиеся постепенно
привыкают четко и сознательно выполнять принятые правила, приема работы и т.д.
Они привыкают поддерживать заданный ритм труда, содержать рабочее место в
образцовом порядке, беречь инструмент и т.д. Так постепенно становится
возможным налаживать и поддерживать дисциплину – важнейшее условие успешного
трудового обучения и воспитания учащихся, подготовки их к самостоятельному
труду и жизни.

Требовательность в сочетании с
доверием и уважением к кружковцам – одно из важнейших условий воспитания
сознательной дисциплины. Этот принцип выдвинул в свое время А.С. Макаренко. Для
воспитания учащихся в духе сознательной дисциплины надо развивать взаимную
требовательность учащихся в процессе труда.

Воспитание заботливого отношения к
общественной и личной собственности. Один из важнейших действенных способов
воспитания у кружковцев бережливого отношения к общественной собственности –
привлечение их к производственному труду, к работе по оборудованию школьных
мастерских и кабинетов, ремонт инструментов. Надо приучать учащихся экономно
расходовать материалы, беречь инструмент, спецодежду и т.д., воспитывать
сознательную дисциплину и высокую культуру труда.

Эстетическое воспитание на уроках
труда. Воспитание культуры труда. Задача руководителя состоит в том, чтобы
последовательно и систематически формировать у кружковцев стремление к
глубокому и всестороннему восприятию красоты труда и человеческих
взаимоотношений.

Учитель должен систематически
подчеркивать эстетичность хорошо изготовленного изделия, качество обработки
деталей, изящество форм изделий и четкость действий учащихся в труде.

Заключение

. Аккумуляторные батареи играют роль
химического источника запасенной электрической энергии, вырабатываемой
генератором переменного тока и должны быть в состоянии обеспечивать пуск
двигателя и работу вспомогательных устройств электрооборудования в течение
разумного периода времени.

. Срок службы аккумуляторных батарей
зависит от таких факторов, как характеристики (емкость, внутреннее
сопротивление, уровень саморазряда) и состоянием зарядки.

. В выпускной квалификационной
работе рассмотрены различные факторы, влияющие на эксплуатацию аккумуляторных
батарей и предложена к изготовлению схема зарядного устройства аккумулятора
ассиметричным током. Выбранная схема предполагает цикличную организацию
процесса заряда, при которой количество электричества, протекающего при прямой
полярности больше, чем при обратной, что и обеспечивает заряд аккумулятора.

. Изготовленное зарядное устройство
обладает следующими преимуществами:

• зарядный и разрядный ток можно
регулировать независимо друг от друга;

• при каких либо пропаданиях
переменного напряжения электрическая схема закрывается и через аккумулятор ток
не протекает, что защищает аккумулятор от самопроизвольной разрядки;

• способ зарядки ассиметричным током
позволяет восстанавливать работоспособность засульфатированных аккумуляторных
батарей и проводить профилактическую обработку исправных.

. В выпускной квалификационной
работе разработаны методические рекомендации для проведения занятий в кружках
технического творчества при изготовлении зарядных устройств.

Список литературы

1.
Тракторы. Под ред. И.П. Ксеневича, В.М. Шарипова. Москва; Машиностроение, 2000,
с. 821. Рекомендовано МО РФ.

.
В.И. Щеголь. Подготовка учи геля к трудовому воспитанию школьников. Москва –
Тольятти – 2002г.

.
Автомобили. Учебник. Под редакцией А.А. Юрьчевского Москва, «Академия», 2003,с.
311. Допущено МО РФ.

.
Вахламов В.К. Автомобили. Уч. студ. учреждений среднего проф. образования. 3-е
издание.- М.: Издательский центр «Академия», 2007.-816с. Допущено МО РФ.

.
Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. – М.: ЗАО КЖИ
«За рулем», 2002. – 896с.

.
Гуревич A.M.
Тракторы и автомобили, М., Колос, 1983.

.
Скотников В.А., Мащенский А.А., Основы теории и расчета трактора и автомобиля,
М., Агропромиздат, 1986.

.
Тракторы и автомобили. Под редакцией д.т.н., профессора В.А. Скотникова, М.
Агропромиздат, 1985.

.
Гуревич A.M.,
Сорокин Е.М. Тракторы и автомобили, М. Колос, 1987.

.
Бухаров А.И. Средства заряда аккумуляторов и аккумуляторных батарей. – М.
Энергоатомиздат, 1988г. – 78с.

.
Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы. Справочник – А.И.
Аксенов, А.В. Нефедов – 3VL:
Радио и связь, 1993.

.
Болотовский В.И.. Вайсгант З.И. Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовый
аккумуляторов. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 208с.: кл.

.
Ч.М. Газнзов Автоматическое устройство для зарядки и восстановления
аккумуляторных батарей. – В помощь радиолюбителю. Сборник, Выпуск 94.

.
Клязмин К. Вариант автоматического зарядного устройства. – В помощь
радиолюбителю.: Сборник, Выпуск 98.

.Коробков
А.Б. Прибор для автоматической тренировки аккумуляторов. – В помощь
радиолюбителю: Сборник, Выпуск 96.

.
Радиодетали, радикомпоненты и их расчет. Под ред. А.В. Коваля. – М.: Сов.
радио, 1977. – 368с.

.
Словарь радиолюбителя. Под. ред. Л.П. Крайзмера, Изд. 4-е, перераб. – Л.:
Энергия. 1972. – 616с.

.
Шелестов И.О. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 2. – М.:

19.
«Зарядка аккумуляторов ассиметричным током», htth://vo380.narod.ru.

.
Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С.
Найвельт Б., Мазель, Ч.И. Хусаинов и др. – М.: Радио и связь, 1986.