Аккумуляторная батарея

Устройство и принцип работы аккумулятора. Аккумулятором называется химический источник тока, в котором химическая энергия окислительно-восстановительных процессов превращается в электрическую. Процесс превращения химической энергии в электрическую в таком источнике тока называется разрядом. Активные вещества, израсходованные в процессе протекания реакции, дающей электрическую энергию, должны восстанавливаться при пропускании через разряженный аккумулятор постоянного тока от другого источника электрической энергии. Направление тока заряда аккумулятора должно быть противоположно направлению разрядного тока.

Аккумуляторы в зависимости от химического состава электролита бывают двух типов: кислотные (свинцовые) и щелочные (кадмиево-никелевые) .

Щелочные аккумуляторы имеют следующие преимущества по сравнению с кислотными: обладают большой механической прочностью и выносливостью, не боятся сильных токов разряда, тряски, ударов и даже коротких замыканий, при длительном бездействии не портятся, имеют больший срок службы (в 7-8 раз), при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений, имеют меньшую массу, требуют минимального ухода.

Благодаря указанным преимуществам на вагонах метрополитена получили распространение щелочные аккумуляторы. Недостатками щелочных аккумуляторов по сравнению с кислотными являются: меньшая э. д. с. (1,25 В, в то время как у кислотных 2,0-2,1 В); более низкий к.п. д. (52-55 %), более высокая стоимость (в 2-4 раза), так как их изготовляют из дорогостоящих металлов.

Щелочной аккумулятор (рис. 100) представляет собой сосуд, (корпус) 7, помещенный в резиновый чехол 7, наполненный электролитом - раствором едкого калия КОН. В него помещены шесть положительных 10 и пять отрицательных 11 пластин (электродов). У положительных пластин активной массой является гидрат окиси никеля N1 (ОН)₃, у отрицательных - губчатый кадмий, содержащий 5-30 % губчатого железа (СсН-Бе). Каждая пластина (как положительная, так и отрицательная) помещена в железный пакет 9, имеющий много отверстий. Отверстия очень малы, и активная масса 8 не может высыпаться через них. В то же время их размеры достаточны для выхода газов, образующихся при заряде, и проникновения электролита.

Рис. 100. Щелочной аккумулятор

Одноименные пластины соединены параллельно в общие блоки, к которым приварены выводные штыри 2 и 5. В собранном виде в аккумуляторе каждая отрицательная пластина находится между двумя положительными. Разноименные пластины изолированы друг от друга эбонитовыми палочками 6 На крышке аккумулятора около отверстия, через которое выходит штырь положительных пластин, выштампован знак «+». Положительные пластины соединены с корпусом аккумулятора, так как крайние из них соприкасаются со стенками аккумулятора, поэтому штырь положительных пластин не изолирован от корпуса.

Штырь отрицательных пластин изолирован от корпуса аккумулятора изоляционными втулками с уплотняющими кольцами. Для заливки электролита и выхода из аккумулятора газов в крышке 4 имеется отверстие со стальной пробкой 3 и уплотняющим резиновым кольцом.

При повышении давления газов внутри корпуса резиновое кольцо отходит от поверхности пробки и газы выходят в атмосферу.

Такая пробка предотвращает выплескивание электролита из аккумулятора при тряске и исключает попадание в него воздуха.

Для придания корпусу механической прочности стенки его выполняют гофрированными. Корпус помещают в резиновый чехол 1, обеспечивающий изоляцию аккумуляторов друг от друга и от ящика, в котором устанавливают аккумуляторную батарею.

Чтобы привести аккумулятор в рабочее состояние, необходимо залить в него электролит. Через 2 ч надо проверить уровень электролита над пластинами (он должен быть не менее 5 мм и не более 12 мм) и напряжение на аккумуляторе.

После того как установится нормальный уровень электролита, аккумуляторы подвергают двум-трем циклам «заряд - разряд».

Аккумулятор характеризуется емкостью, которой называется количество электричества, получаемого от него во время разряда от состояния полного заряда до момента, когда напряжение на его зажимах будет минимально допустимым (при нормальном разрядном токе оно равно 0,8-1,1 В). Емкость аккумулятора выражается в ампер-часах. Если, например, аккумулятор имел после заряда в течение 10 ч разрядный ток 12 А, после чего напряжение его понизилось до 1,1 В, то емкость его равна 12 * 10 = 120 А • ч.

Разряжаясь, аккумулятор никогда не может отдать в цепь то же количество энергии, которое он получил при заряде: оно всегда будет меньше, так как часть энергии тратится на нагревание электролита и химические процессы. Для аккумуляторов обычно указывают его отдачу. Она представляет собой отношение работы, которую аккумулятор производит при разряде, к работе, которую приходится затратить на заряд аккумулятора. В кадмиево-никелевых аккумуляторах отдача по энергии не превышает 50-55 %.

Щелочные аккумуляторы поступают с завода без электролита. При вводе их в действие нужно приготовить электролит, руководствуясь следующими соображениями. Если предполагается работа аккумуляторов при температуре от -20 до +35 °С, то необходим электролит, состоящий из раствора едкого кали плотностью 1,19-1,21 г/см³ с добавкой 20 г моногидрата лития на 1 л электролита (примесь увеличивает срок службы аккумулятора). При температуре ниже -20 °С аккумуляторы заливают раствором едкого кали плотностью 1,26--1,28 г/см³ без добавки моногидрата лития. Для растворения щелочи в воде применяют чистую стальную, пластмассовую или стеклянную посуду. Запрещается пользоваться оцинкованной, луженой, алюминиевой, медной и свинцовой посудой, а также посудой, используемой для приготовления электролита кислотных аккумуляторов.

При приготовлении электролита щелочь помещают в посуду, заливают водой и все это перемешивают стальной или стеклянной палочкой для ускорения растворения. Моногидрат лития добавляют в остывший раствор и тщательно перемешивают. Для растворения щелочи пригодна дистиллированная и дождевая вода или конденсат. После остывания электролит должен отстояться в течение 3-6 ч. При заливке температура электролита не должна быть выше +30 °С.

Когда пластины аккумулятора пропитаются электролитом, определяют уровень электролита стеклянной трубкой диаметром 5-6 мм с метками по высоте 5 и 12 мм. Стеклянную трубку опускают в аккумулятор до пластин, затем, плотно зажав пальцем верхний конец трубки, вынимают ее из аккумулятора, держа над отверстием для заливки. Высота электролита в трубке будет равна уровню электролита над пластинами в аккумуляторе.

Для уменьшения уровня электролита применяют резиновую грушу со стеклянной трубкой ДЛИНОЙ около 100 мм. Конец трубки следует немного оттянуть над паяльной лампой. Доливают аккумуляторы дистиллированной водой или электролитом, также используя резиновую грушу.

Замеряют плотность электролита сифонным ареометром (рис 101). Прибор состоит из стеклянного сосуда 2 цилиндрической формы, на верхнюю часть которого надета резиновая груша 1, а в нижнюю вставлена резиновая трубка 4. В сосуд помещен ареометр 3. Сжав резиновую грушу, погружают трубку в электролит. Опустив грушу в сосуд, всасывают электролит. Ареометр всплывает, и по его шкале на уровне электролита отсчитывают плотность в граммах на кубический сантиметр (г/см³). Если плотность выше нормальной, электролит разбавляют водой, если ниже - добавляют электролит повышенной плотности.

На поверхность электролита наливают немного вазелинового масла. Это нужно для того, чтобы электролит не соприкасался с воздухом и не поглощал из него углекислоту

При подготовке к зимним или летним условиям работы электролит заменяют. Для этого аккумуляторы разряжают, промывают дистиллированной водой и заполняют свежим электролитом. Запрещается оставлять аккумуляторы без электролита, чтобы не было коррозии пластин и корпуса.

Устройство аккумуляторной батареи вагона. На вагонах метрополитена аккумуляторная батарея обеспечивает питанием электрические аппараты цепей управления, низковольтных вспомогательных цепей, цепей радиофикации, диспетчерской связи и УЭСПМ (устройство экстренной связи «Пассажир - машинист»).

Аккумуляторная батарея представляет собой серию однотипных аккумуляторов, соединенных последовательно. При последовательном соединении аккумуляторов напряжение на зажимах батареи равно произведению напряжения одного аккумулятора на число их в батарее; емкость батареи равна емкости одного аккумулятора.

Рис. 101. Сифонный ареометр

На вагонах метрополитена применяют щелочные аккумуляторные батареи НКН-55 или НКН-80 емкостью соответственно 55 или 80 А • ч, напряжением примерно 70 В, составленные из 56 аккумуляторов, которые размещают в деревянных трудносгораемых секционных ящиках. Батарея НКН-55 состоит из семи секционных ящиков, по восемь аккумуляторов в каждом, а НКН-80 - из четырнадцати, по четыре аккумулятора в каждом.

Аккумуляторная батарея вагона размещена в корпусе - металлическом ящике, подвешенном к раме кузова без изоляторов.

На выдвижных поддонах металлического ящика установлены листовые винилпластовые прокладки толщиной 7-10 мм, наличие которых исключает касание деревянных ящиков о металлический корпус аккумуляторной батареи. Для уменьшения токов утечки, возможных между аккумуляторами и секционным ящиком, на цапфы аккумуляторов надеты специальные полиэтиленовые вкладыши прямоугольной формы, которые входят в пазы ящика и исключают к тому же свободное перемещение аккумуляторов внутри него.

К свободным зажимам аккумуляторной батареи («плюс» первого аккумулятора и «минус» последнего) присоединяют наконечники выводных проводов, которые выведены из ящика через изоляционную втулку.

Аккумуляторные батареи вагонов соединены поездным проводом 10 (см. схему вспомогательных цепей вагона). Этот провод подходит к контроллерам машиниста вагонов, через него подается напряжение на низковольтные электрические цепи вагона.

Аккумуляторные батареи постоянно подзаряжаются автоматически от цепей освещения и подмагничивающих обмоток тяговых двигателей в тормозном режиме.

Уход за аккумуляторной батареей. В соответствии с требованиями техники безопасности обслуживание аккумуляторных батарей осуществляют в специальной одежде и резиновых перчатках. Открыв крышки, проверяют состояние ящика, крепление токоведущих частей. Токоведущие детали очищают от пыли, влаги, солей; перемычки смазывают техническим вазелином.

Контролируют общее напряжение на батарее под нагрузкой (при включенном аварийном освещении). Оно должно быть не ниже установленного значения. Напряжение на каждом элементе контролируют нагрузочной вилкой (рис. 102) с помощью щупов 1 и вольтметра 2. Элементы с напряжением ниже 1 В заменяют.

Рис. 102. Схема включения нагрузочной вилки

Замеряют уровень и плотность электролита, при необходимости ее доводят до нормы. Аккумуляторы при наличии выпучивания стенок или течи заменяют. Крышку ящика плотно подгоняют И устраняют неисправность запоров. Отверстия ящика для выводных проводов уплотняют. Проверяют крепление к раме кузова.

Контрольные вопросы 1. Что представляет собой химический источник тока?

2. На какие типы в зависимости от электролита делятся аккумуляторы?

3. Какие аккумуляторы и почему используют на вагонах метрополитена?

4. Что представляет собой щелочной кадмиево-никелевый аккумулятор?

5. Что такое емкость аккумулятора и в каких единицах она измеряется?

6. Что представляет собой аккумуляторная батарея и какие электрические цепи вагона она питает? Каково номинальное напряжение аккумуляторной батареи вагона?

7. Где устанавливают аккумуляторную батарею вагона?

8. Каким образом соединены аккумуляторные батареи вагонов?

9. В чем заключается уход за аккумуляторными батареями?