Устройство аккумуляторной батареи

Батарея в зависимости от требуемого напряжения содержит 3 или 6 последовательно соединенных аккумуляторов.

В стартерных свинцовых батареях (рис. 2) положительные 3 и отрицательные 4 электроды имеют решетку 1 с нанесенной на нее активной массой. Для предохранения от коротких замыканий электроды разделены сепараторами 2.



Положительные и отрицательные электроды соединены бареткой в полублоки 12 и 5. При сборке в блок 6 между электродами устанавливают сепараторы. Блоки электродов опускаются в секцию моноблока и соединяются между собой межэлементными перемычками, которые в зависимости от конструкции батареи могут быть снаружи или внутри крышки 9. Для того чтобы при изменении уровня электролита не повредить края сепаратора и пластин в батареях, кроме необслуживаемых, сверху пластин размещают пластмассовый предохранительный щиток. В каждую из секций моноблока батареи заливается электролит.


Электроды. В полностью заряженной свинцовой батарее активным веществом положительных электродов является диоксид свинца PbO₂ (темно-коричневого цвета), а отрицательных - губчатый свинец Pb (серого цвета).

Решетки электродов выполняют функции подвода тока к активной массе при ее заряде и токоотвода при ее разряде, а также механического удержания активной массы.

Одинаковые по конструкции решетки положительных и отрицательных электродов имеют (рис. 3, а) ушки 7, рамку 2 с вертикальными ребрами и горизонтальными жилками, опорные ножки 3.



В некоторых решетках в случае применения сепараторов-конвертеров ножки имеют меньшую высоту или отсутствуют. Профиль ребер и жилок обеспечивает легкое извлечение решетки из литейной формы и хороший контакт между активной массой и решеткой.

Освинцованная сетка металлической решетки с увеличенной поверхностью (рис. 3, б) имеет лучшее сцепление с активным веществом электрода, уменьшая действие коррозии и увеличивая срок службы батареи.


Решетки электродов должны обеспечивать равномерное токораспреде-ление по всей массе активных веществ. Степень неравномерности токораспределения на электродах зависит от отношения высоты к ширине электродов H/L. С приближением этого отношения к единице (квадратный электрод) степень неравномерности токораспределения снижается. В стартерных батареях обычной конструкции применяют электроды шириной 143 мм и высотой без ножек 119 и 133,5 мм.

Толщина решеток электродов зависит от режимов работы и установленного срока службы батареи. Для автомобильных батарей толщина решеток равна 1,5—2 мм.

Решетки отрицательных электродов имеют меньшую толщину, так как они менее подвержены коррозии. Масса решетки составляет до 50% массы электрода.

Решетки электродов отливают из сплава свинца и сурьмы с содержанием сурьмы 4-6% и добавлением мышьяка (0,1-0,2%). Сурьма увеличивает механическую прочность и коррозионную стойкость решетки, повышает ее твердость, улучшает текучесть сплава при изготовлении решеток, снижает их окисление при хранении. Добавка мышьяка увеличивает коррозионную стойкость решеток, заметно повышает предел прочности на разрыв и твердость. Легирование мышьяком свинцово-сурьмянистых сплавов решеток электродов позволяет увеличить срок службы батарей.

Ячейки решеток электродов заполнены пористой активной массой. Основой пасты электродов является свинцовый порошок, замешиваемый в водном растворе серной кислоты. Для увеличения прочности активной массы в пасту положительных электродов добавляют полипропиленовое волокно. Добавление волокна повышает механическую прочность пасты и увеличивает пористость активной массы положительного электрода с 40 до 50%, в результате чего повышается срок службы и улучшаются энергетические характеристики батареи на 9-15%. Содержание волокна и капрона или пропилена диаметром 25 мкм, длиной 3-5 мм составляет 0,4% сухой массы активного вещества. Уплотнение активного вещества отрицательных электродов в процессе эксплуатации предотвращается благодаря добавлению в пасту расширителей (сажа, дубитель, гумматы, получаемые из торфа, и т.д.) в смеси с серно-кислым барием.


Пористая структура активной массы электродов обеспечивает лучшее проникновение электродов в глубинные слои и повышает коэффициент активных веществ. Активная поверхность пористой массы (поверхность, непосредственно контактирующая с электролитом) в сотни раз превышает геометрическую поверхность электрода.

Губчатый свинец отрицательного электрода имеет меньшее удельное сопротивление (1,83·10^-4 Ом·см) по сравнению с диоксидом свинца (74·10^-4 Ом·см) положительного электрода, обладает большей механической прочностью, меньше подвержен короблению и коррозии, поэтому отрицательные электроды имеют меньшую толщину.

Омическое сопротивление решеток стартерных батарей толщиной 2,2-2,5 мм находится в пределах 1,8-2,4 мОм, толщиной 1,6-1,8 мм - в пределах 2,4-3,0 мОм. В заряженном состоянии сопротивление отрицательного электрода составляет 62-70% сопротивления решетки, а положительного 92-98%. По мере разряда батареи сопротивление электродов приближается к сопротивлению решеток.

Отрицательные и положительные электроды, как уже указывалось, с помощью бареток соединены в полублоки. Баретки имеют мостики, к которым ушками приварены решетки электродов, и выводные штыри (борны). Борны являются токоотводами полублоков электродов. Мостики обеспечивают необходимый зазор между электродами. С увеличением числа параллельно соединенных электродов в полублоках увеличивается номинальная емкость аккумулятора.

Полублоки объединены в блоки электродов. В зависимости от предъявляемых к батарее требований соотношение между числом положительных и отрицательных электродов может быть различным. Однако число разнополярных электродов отличается не более чем на единицу. Обычно отрицательных электродов в блоках на один больше, чем положительных. В токообразующих реакциях участвует относительно большее количество активного вещества положительных электродов. Находясь между двумя отрицательными электродами, положительный электрод при заряде и разряде подвергается меньшим изменениям активной массы и меньше деформируется. При таком соотношении положительные электроды, как правило, на 10-20% толще отрицательных, а толщина крайних отрицательных электродов на 40% меньше толщины положительных. В некоторых батареях число разнополярных электродов одинаково или больше положительных электродов. В этих случаях оба электрода имеют одинаковую толщину.