Назначение:

служат для питания электрической энергией генераторов, работающих в режиме электродвигателей (стартер-генераторов) при пуске дизелей; питания цепей управления, освещения и некоторых вспомогательных цепей при неработающем дизеле.

Аккумуляторную батарею образуют ряд последовательно соединённых аккумуляторов, называемых иногда «элементами».

Аккумуляторами называются химические источники электрической энергии, принцип действия которых основан на использовании обратимых химических реакций. Аккумулятор представляет собой накопитель энергии, характеризующийся такими параметрами как электродвижущая сила (ЭДС), напряжение, сопротивление, ёмкость, отдача, саморазряд и срок службы.

Электродвижущей силой (ЭДС) аккумулятора называется разность потенциалов на его электродах при разомкнутой внешней цепи. Измеряется ЭДС в вольтах. При разряде аккумулятора во внешней цепи используется не вся ЭДС, а только часть её. Другая часть ЭДС расходуется на преодоление внутреннего сопротивления аккумулятора. Значение ЭДС, используемой во внешней цепи, называется напряжением аккумулятора. Напряжение как часть ЭДС измеряется в вольтах.

Сопротивление аккумулятора суммируется из сопротивления электродов, электролита и сепараторов.

Под ёмкостью аккумулятора понимается количество электричества в ампер-часах, которое можно получить при разряде аккумулятора до конечного напряжения по заданному режиму. Она равна произведению разрядного тока на время разряда (при разряде с изменяющимся значением тока в произведение подставляют его среднее значение). Ёмкость аккумулятора зависит от толщины электрода, пористости активной массы, концентрации, температуры и количества электролита, значения разрядного тока.

Количество электричества и энергии, затрачиваемое при заряде, всегда значительно больше количества электричества и энергии, получаемого во время разряда. Величины, характеризующие степень использования электричества и энергии, выраженные в процентах, называются отдачей аккумулятора. Если величина определяет степень использования количества электричества, то она называется ампер-часовой отдачей, а если использование энергии, то ватт-часовой отдачей, или КПД аккумулятора.

Как при хранении аккумуляторов с электролитом, так и при их работе происходит потеря ёмкости на вредные побочные процессы (утечки тока через случайные замыкания, саморастворение электродов и т.д.). Такие потери ёмкости принято называть саморазрядом.

Срок службы аккумулятора зависит от способности его поддерживать с заданными параметрами протекание рабочих циклов заряда-разряда. Тип аккумулятора, условия хранения, размещения, эксплуатации и обслуживания являются факторами, влияющими на срок его службы.

На тепловозах применяют два типа аккумуляторов: кислотные и щелочные.

Кислотный аккумулятор ТН-450У2.

Конструкция: свинцово-кислотный аккумулятор ТН-450У2 состоит из полублоков положительных и отрицательных электродных пластин, помещённых в эбонитовый (либо из кислотостойкой пластмассы) бак (сосуд), и электролита. На дне бака имеются продольные выступы (призмы), на которые опираются ножки пластин. Пространство между выступами называется шламовым и предназначено для отстаивания вымывающихся из пластин масс. Сверху бак закрывается эбонитовой крышкой, уплотнённой по периметру резиновой прокладкой и кислотостойкой мастикой (при использовании бака и крышки из кислотостойкой пластмассы их сваривают друг с другом). Крышка имеет пять отверстий: четыре гладких – для выхода борнов (контактных штырей) полублоков пластин; одно по центру – для заливки электролита. Места выхода борнов уплотняются резиновыми кольцевыми прокладками. Центральное отверстие закрывается винтовой пробкой с вертикальным и горизонтальным пересекающимися каналами, предназначенными для выхода газов. Поверх полублоков пластин уложен отражательный щиток, предотвращающий выплёскивание электролита.

Положительный полублок содержит девятнадцать пластин (электродов), соединённых друг с другом через контактные ушки перемычкой (бареткой); отрицательный полублок – двадцать соединённых пластин.

Пластины представляют собой литые решётки из сплава свинца (95%) и сурьмы (5%). Небольшая добавка сурьмы повышает прочность пластин. Ячейки решёток заполнены активной массой в виде пасты, наносимой намазыванием. В заряженном состоянии аккумулятора активная масса положительных пластин – двуокись свинца PbО₂, отрицательных пластин – губчатый свинец Pb.

При сборке аккумулятора положительные пластины вставляются между отрицательными, поэтому по краям с двух сторон стоят отрицательные пластины. Это обстоятельство связано с тем, что положительные пластины более склонны к короблению. Увеличение количества отрицательных пластин является ещё полезным и потому, что их активная масса медленнее восстанавливается при зарядке аккумулятора. Во избежание касания (замыкания) пластины при сборке разделяют прокладками – сепараторами.

Сепараторы должны обеспечивать свободный доступ электролита к пластинам (за счёт пористости), обладать высокой химической стойкостью, большой механической прочностью и незначительным электрическим сопротивлением. В качестве сепараторов используют мипласт (его для прочности делают ребристым) и стекловолокно.

Электролитом аккумулятора служит раствор аккумуляторной серной кислоты Н₂SО₄ в дистиллированной воде. Серная кислота имеет плотность 1,83 гр/см³, вода – 1 гр/см³, поэтому плотность электролита составляет 1,24 – 1,27 гр/см³. Электролит заливается (и в процессе эксплуатации поддерживается) в аккумулятор до уровня на 15 мм выше отражательного щитка.

Электрохимические процессы.

При взаимодействии электролита с активной массой пластин в процессе действия аккумулятора на пластинах протекают химические реакции по общему уравнению:

При этом во время заряда часть электронов атомов с положительных пластин переходит в раствор электролита и на пластинах накапливается электрический потенциал до плюс 1,7 В, а часть электронов атомов из раствора электролита переходит на отрицательные пластины и на них накапливается потенциал до минус 0,35 В. Общая ЭДС заряженного аккумулятора составляет 2,04 – 2,1 В. При этом процессе выделяется серная кислота, поэтому плотность электролита повышается.

Во время разряда происходит обратное: аккумулятор отдаёт энергию и внутри него протекают химические процессы, в результате которых активная масса положительных и отрицательных пластин превращается в сернокислый свинец, называемый также сульфатом свинца. При этих реакциях выделяется вода, разбавляющая электролит, поэтому его плотность падает. По мере разряда напряжение аккумулятора медленно снижается до 1,8 – 1,7 В. Дальнейший разряд аккумулятора должен быть прекращён, хотя при этом будет использовано лишь около 1/3 активной массы пластин. Более глубокие разряды отзовутся на нём губительно, вследствие сульфатации пластин.

Образование сульфата свинца на поверхности, в порах активной массы положительных и отрицательных пластин аккумулятора при его разряде является естественным химическим процессом, в результате которого происходит отдача электрической энергии. В первый период разряда аккумулятора образуются мелкие кристаллы сульфата свинца. Такие кристаллы не закупоривают поры в активной массе пластин. При последующей зарядке аккумулятора они полностью превращаются в двуокись свинца на положительных пластинах и губчатый свинец на отрицательных пластинах.

В случае глубоких разрядов аккумулятора, а также при систематических не до зарядах, хранении в незаряженном состоянии, работе аккумулятора с высокой температурой электролита, загрязнении или чрезмерной его плотности, сульфат свинца перекристаллизовывается и приобретает крупнокристаллическое строение. Пластины сульфатируются – покрываются белым слоем крупнокристаллического сульфата свинца, который имеет плохую электропроводность. Крупные кристаллы сульфата свинца закупоривают поры в активной массе пластин. В результате прекращается доступ электролита во внутренние слои активной массы пластин, повышается внутреннее сопротивление аккумулятора, снижается его ёмкость. Образование крупнокристаллического сульфата, занимающего большой объём, приводит также к разбуханию, выпучиванию и выпадению активной массы пластин. При зарядке такого аккумулятора крупнокристаллический сульфат медленно и не полностью превращается в исходную активную массу пластин.

Для удобства транспортировки, монтажа и предохранения от повреждений эбонитовых баков аккумуляторы комплектуются в секции. При сборке аккумуляторов в пластмассовых баках их, изначально, объединяют в парную секцию с общим баком, разделённым внутренней перегородкой на две полости. Аккумуляторы в секциях и между секциями соединяют полосовыми медными, покрытыми свинцом, перемычками по схеме в батарею 32ТН-450У2, где: 32 – количество последовательно соединённых аккумуляторов в батарее, шт.; Т – назначение аккумулятора – тепловозный; Н – способ нанесения активной массы в ячейки решёток пластин – намазные; 450 – номинальная ёмкость входящих в батарею аккумуляторов при определённом режиме разряда, А х ч; У – климатическое исполнение – для умеренного климата; 2 – категория размещения – в кузове, в металлическом шкафу, в кожухе.

Заряженные батареи, предназначенные для работы в южных районах, должны иметь плотность электролита 1,24 – 1,25 гр/см³ круглогодично, для работы в северных районах: 1,24 – 1,25 гр/см³ в летние месяцы, 1,26 – 1,27 гр/см³ в зимние месяцы, т.к. от величины плотности напрямую зависит температура замерзания электролита и, как следствие, работоспособность батареи.