3. Устройство, электрохимические процессы, свойства и основные правила эксплуатации щелочных аккумуляторов.

Аккумуляторы, в которых в качестве электролита используют растворы щелочей КОН, NaOH, называются щелочными аккумуляторами.

По составу электрохимической системы корабельные щелочные аккумуляторы делятся на три основных вида:

-никель-кадмиевые (-) Cd |KOH| NiOOH (+);

- никель-железные (-) Fe |KOH| NiOOH (+);

- серебряно цинковые (-) Zn |KOH| AgO (+).

Устройство. Никель-кадмиевые аккумуляторы (рис.1.6) выпускаются, как правило, ламельного типа. Такие аккумуляторы состоят чз сталиного бака 4 и двух блоков чередующихся положительных и отрицательных пластин. Сами пластины набираются из ламелей, вставленных в металлическую раму 1. Ламель 2 представляет собой плоский пакет из тонкого стального листа с большим числом отверстий (перфораций). Внутри стального перфорированного пакета находится активное вещество. Положительные и отрицательные пластины соединяются в блоки при помощи бареток 3. Каждый блок пластин имеет свой токоотвод или борн 5 для соединения с внешней электрической цепью. Блоки при сборке аккумулятора вставляются друг в друга, а между положительными и отрицательными пластинами устанавливаются сепараторы из нейлона, капрона или эбонита (рис.1.6). У никель-кадмиевых аккумуляторов число положительных пластин на одну больше, чем отрицательных. Положительные пластины устанавливаются крайними и от бака не изолируются. Необходимое число пластин в блоке определяется требуемой емкостью аккумулятора. К баку аккумулятора приваривается стальная крышка 6 которая имеет два отверстия для борнов и одно - для заливки электролита. Отверстие для электролита закрывается герметичной пробкой с невозвратным клапаном.

Электролитом в НКА является составной раствор щелочи КОН в воде с добавкой 20-60 г LiОН на литр электролита. Плотность электролита d должна быть в пределах 1,1-1,21 г/см³ в диапазоне положительных температур, а отрицательных - до -15°С. При отрицательных температурах ниже -15° С применяется pacтвор едкого калия с d=1,25-1,27 г/см³. Нормальный уровень электролита должен поддерживаться в пределах 5-12 мм выше верхнего края пластин.

Положительный электрод НКА в качестве активного вещества содержит окись никеля Ni(0Н)₃, которая может быть представлена в виде гидроокиси трехвалентного никеля NiООН и воды Н₂O. Кроме того, в активную массу положительных электродов для обеспечения проводимости и уменьшения влияния побочных реакций добавляют около 20% природного чешуйчатого графита С , 2-3% окиси бария Ва(ОН)2 или 1-5% Со - порошка кобальта.

Отрицательный электрод содержит основное активное вещество - кадмий Cd. В активную массу отрицательного электрода из кадмия добавляют также окись железа Fe₃O₄ и окись кадмия CdO.

Аккумуляторы с ламельными пластинами имеют относительно большое внутреннее сопротивление из-за малой поверхности взаимодействия между активной массой пластин и электролитом. Такие аккумуляторы не могут использоваться в стартерных режимах, но короткое замыкание для них менее опасно.

На практике для обеспечения необходимого напряжения, силы тока, емкости НКА соединяют (аналогично СКА) в батареи (АБ).

Батареи никель-кадмиевых аккумуляторов обозначаются (маркируются) следующим образом: первые цифры указывают число аккумуляторов в батарее; в буквенном обозначении указывается электрохимическая система и конструкция аккумулятора: Д- дисковый, Ц - цилиндрический, Б - безламельный. Например, марка 10НК-45 означает, что в батарее 10 никель-кадмиевых аккумуляторов, емкостью 45 А·ч; НК-3,5 - один никель-кадмиевый, емкостью 3,5 А·ч; НКГЦ-3,5 - один никель-кадмиевый, герметичный, цилиндрической конструкции, емкостью 3,5 А·ч; Д-0,1 - дисковый, герметичный, емкостью 0,1 А·ч.

Корабельные НКА имеют удельную энергию 20-30 Вт·ч/кг, удельную емкость 15-20 А·ч/кг. Саморазряд не превышает 2-3% С_ном.

Срок службы корабельных щелочных АБ на составном электролите порядка 750 УПЦ (заряд-разряд), срок хранения - 5 лет.

Основные правила эксплуатации НКА. Зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов подразделяются на нормальную, усиленную и ускоренную. Величина тока заряда зависит от типа аккумулятора.

Нормальная зарядка проводится током, равным 1/4 емкости аккумулятора, в течение 6 часов.

Усиленная зарядка производится через 10-12 УПЦ (но не реже 1 раза в 3 месяца) нормальной величиной величиной тока в течение 6 часов (1 ступень) и током, равным половине нормального, в течение 6 часов (2 ступень).

Ускоренная зарядка допускается лишь в крайних случаях и ведется током, равным двойному нормальному, в течение 2,5 часов.

Для приготовления НКА к зарядке необходимо:

• запустить систему вентиляции и не останавливать до конца зарядки;

• измерить напряжение на клеммах под нагрузкой;

• провести осмотр №1 АБ согласно руководящим документам;

• отвернуть вентиляционные пробки;

• проверить уровень электролита (при необходимости откорректировать, применяя дистиллированную воду);

• производить корректировку плотности электролита через каждые 3 УПЦ.

Во время зарядки необходимо следить за:

• постоянством величины зарядного тока;

• температурой электролита (не допуская ее выше 45°С);

- исправной работой системы вентиляции.

Признаком окончания зарядки НКА является устойчивая в течение часа величина напряжения в пределах от 1,8 до 1,95 В, a также количество ампер-часов, полученных при зарядке (С_зар=1,5С_ном).

По окончании зарядки:

- отключить батарею от источника;

• проверить уровень электролита и довести его до нормального уровня 5-12 мм;

• протереть крышки, закрыть пробки (у герметичных НКА - только по истечении 2-х часов).

Герметичные аккумуляторы не допускают перезарядов. Емкость, полученная при заряде С_зар, не должна превышать 110-120% Сном, так как во время перезаряда усиливается выделение кислорода и растет температура. Поэтому при эксплуатации герметичных НКА целесообразно использовать автоматическую зарядку, контроль и защиту батарей.

После смены электролита для НКА проводятся контрольные электрические испытания, в которые входят:

• усиленная зарядка;

• разрядка током 8-часового режима до напряжения 1,0 В на зажимах каждого аккумулятора;

• нормальная зарядка (в течение 6 часов);

• повторная разрядка током 8-часаворо режима до напряжения 1,0 В и определение емкости по формуле

С_раз=I_разt_раз (1.20)

- измерение напряжения при разряде через час до напряжения 1,1 В, далее - через 15 мин.

Аккумуляторы, достигшие напряжения 1,0 В, выводятся перемычками из батареи, и разряд продолжается до тех пор, пока все элементы не будут разряжены до этого же напряжения.

Аккумуляторы, у которых емкость на 20% меньше, чем у остальных, подлежат замене исправными.

Характерные неисправности НКА:

• значительная потеря емкости из-за систематических недозарядов, разрядов слишком мальм током, пониженного уровня электролита, длительной работы на простом (не составном) электролите или нарушение сроков замены электролита, редких усиленных зарядов;

• повышенный саморазряд из-за коротких замыканий, загрязнений, наличия примесей в электролите;

• сильное выделение газов в отдельном элементе из-за коротких замыканий или наличия примесей в электролите, при глубоких предшествующих разрядах;

- вспучивание стенок элемента из-за чрезмерного разбухания электродов или неисправности вентиляционной пробки;

- пониженное напряжение при замкнутой цепи из-за внутренних коротких замыканий, плохих контактных соединений, загрязнений;

- быстрое образование ползучих солей из-за недостаточной смазки вазелином, высокого уровня или повышенной плотности электролита, отсутствие герметичности;

- чрезмерный нагрев по причинам коротких замыканий, больших зарядных и разрядных токов, плохих контактных соединений, недостаточного охлаждения.

Преподаватель УВЦ при СПбГМТУ

Кап. л-т Мартынович А.Ю.