POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki Środków Transportu

Temat ćwiczenia nr 1

BADANIE SAMOCHODOWYCH AKUMULATORÓW

KWASOWO-OŁOWIOWYCH

Transport GL03

09.03.2017r

Wykonali:

Emilian Matyjaszczyk

Michał Nazar

Artur Łukaszek

Stanisław Księżopolski

Patryk Kowalik

Adrian Kusyk

1. Część teoretyczny

Akumulator kwasowo-ołowiowy- jest jednym z rodzaj akumulatorów elektrycznych. Oparty jest na ogniwach galwanicznych zbudowanych z elektrody ołowiowej, elektrody z di tlenkiem ołowiu oraz 37% roztworu wody z kwasem siarkowym spełniającym role elektrolitu. Zadaniem akumulatora jest gromadzenie w sobie energii elektrycznej.

Siła elektromotoryczna – jest to różnica potencjałów między zaciskami biegunowymi akumulatora w stanie jałowym czyli bez obciążenia prądowego.

Napięcie znamionowe – umowna wartość napięcia między końcówkami biegunowymi akumulatora. Jest to iloczyn napięcia znamionowego ogniwa i liczby tych komórek połączonych szeregowo.

Prąd znamionowy – jest to prąd, który pobierany z akumulatora w ciągu dwudziestu godzin powoduje jego wyładowanie do napięcia końcowego 1,75 V na ogniwo.

Pojemność elektryczna znamionowa – ilość ładunku elektrycznego, wyrażonego w amperogodzinach.

Ładowanie akumulatora- jest to uzupełnienie energii elektrycznej w akumulatorze. Akumulator może być:

Doładowanie - jego celem jest uzupełnienie ładunku elektrycznego w akumulatorze.

Podładowanie - przyspieszone doładowanie mające na celu doprowadzenie do akumulatora dużej ilości ładunku elektrycznego w krótkim czasie.

Ładowanie wyrównawcze - jest stosowane w celu wyrównania stanu naładowania wszystkich ogniw akumulatora.

Ładowanie odsiarczaniające - przeprowadzane w przypadku zasiarczanienia płyt akumulatora.

W zależności od rodzaju ładowania akumulatora stosuje się odpowiednie sposoby ładowania.

2. Część praktyczna

   1. Oględziny

      1. Podczas oględzin zwracamy uwagę na jego budowę zewnętrzną i wewnętrzną. Oceniamy jego stan, wygląd, liczbę płyt dodatnich i ujemnych, sposób połączeni i rodzaj separacji. Notuje również parametry znamionowe.

      2. Część akumulatora i ich funkcję:

1. Element konstrukcyjny szkielet – wykonany w postaci kratki z ołowiu wzbogaconego innymi pierwiastkami jest wypełniany porowatą masą czynną

2.Masa czynna elektrody – tworzy powierzchnie czynną

3.Separator kopertowy- zabezpieczają one przed zwarciem płyty dodatniej z ujemną, umożliwiając jednocześnie swobodny przepływ elektrolitu oraz prądu elektrycznego. Zakładane na jedną z płyt (zwykle dodatnią)

4. Łączniki między elektrodowe i między ogniwowe – mostki

5.Zaciski elektryczne zewnętrzne – z instalacją pokładową samochodu akumulator połączony jest znormalizowanymi zaciskami (zwanymi biegunami) o stożkowym kształcie (rys. 4.2). Znajdują się one w gór-

nej części pokrywy akumulatora. Dla ułatwienia identyfikacji oba zaciski są odpowiednio oznaczone (+ i –) na obudowie. Niekiedy mają kolorowe podkładki (czerwoną dla zacisku dodatniego, niebieską dla ujemnego). Ich wymiary są znormalizowane, przy czym zacisk dodatni ma większą średnicę niż ujemny. Przewody instalacji pokładowej przyłączane są do nich za pomocą zacisków główkowych (potocznie nazywanych klemami)

6.Elektrolit w roztworze wodnym – przestrzeń między płytami akumulatora wypełnia 37-procentowy wodny roztwór kwasu siarkowego (H2SO4), stanowiący elektrolit . Pod wpływem wody kwas ulega dysocjacji (rozpadowi) na jony wodoru i reszty kwasowej. Elektrolit działa jak przewodnik, przenosząc jony elektryczne między płytami dodatnią i ujemną w czasie ładowania i rozładowywania akumulatora. Podczas rozładowywania akumulatora jony siarczanowe reagują z materiałem elektrod, w wyniku czego powstaje siarczan ołowiu (PbSO)

7.Obudowa z celami ogniwowymi

9.Otwory wlewowe – Otwory którym uzupełniamy roztwór

10. Gazowe kanały przepływowe i skraplające

11.Zawory gazowe

12.Wskaźnik stanu naładowania

13.Uchwyt do przenoszenia

14.Tabliczka znamionowa – Zbiór informacji o akumulatorze

Pojedyncze ogniowo akumulatora składa się płyt dodatnich i ujemnych umieszczonych na przemian (ujemna/dodatnia/ujemna/.../dodatnia/ujemna) Płyty dodatnie tworzą jeden zespół, ujemne -drugi.

Płyta ujemna jest metaliczno szara a dodatnia ciemnobrązowa.

Jednego z rodzaju płyt jest zawsze o jedną więcej np.7 płyt dodatnich i 6 płyt ujemnych

2. Kontrola stanu naładowania akumulatorów za pomocą testerów

   1. Badanie polega na ocenie stanu naładowania akumulatorów za pomocą testerów.

Do badania użyliśmy dwóch testerów Magnet Marelli i Bosch BAT 131. Wyniki badani przedstawia tabela 1.

2. Wyniki przedstawia tabela1.

Tabela 1

Rodzaj i parametry akumulatora	Akumulator klasyczny Un= 12V Qn=45Ah Icca= 400A(EN)	Akumulator klasyczny 2 Un=12V Qn=40Ah Icca=200A(EN)	Akumulator AGM Un=12V Qn=40Ah Icca=220A(EN)	Akumulator spiralny Un=12 Qn=44Ah Icca=730A(EN)
Napięcie przed testem [V]	12,60	12,60	13,10	13,00
Napięcie pod obciążeniem [V]	11,30	10,40	11,00	11,50
Napięcie po obciążeniu [V]	12,40	12,20	12,60	12,40
Napięcie zmierzone (MAGNET MARELLI		12,47	12,83	12,71
Napięcie zmierzone (BOSCH BAT 131)	12,50	12,47	12,83	12,71
Prąd Icca oszacowany [A] (BOSCH BAT 131)	408,00	192,00	220,00	788,00
Prąd Icca oszacowany [A] (MAGNET MARELLI)
Ocena akumulatora (BOSCH BAT 131)	400,00	200,00	209,00	730,00
Ocena akumulatora (MAGNET MARELLI)		242,00	231,00	810,00

3. Kontrola stanu naładowania akumulatora za pomocą areometru

1. Do badania gęstość elektrolitu w poszczególnych komorach, użyliśmy areometru. Natężenie prądu odczytujemy z prostownika, natomiast napięcie prądu i siłę elektromotoryczną akumulatora mierzyliśmy za pomocą miernika elektrycznego UNI-T M 890G. Siłę elektromotoryczną poszczególnych komór obliczyliśmy ze wzoru 1.

(1)

E- siła elektromotoryczna

d- gęstość elektrolitu

2. Wyniki przedstawia tabela.2

Tabela 2

Akumulator PB Un = 12V Qn = 45Ah Icca = 640A(EN)
Ezm. =				X(dśr)= [%]		0,10
Nr celi akumulatora	I	II	III	IV	V	VI	dśr [g/cm3]/ ΣE [V]
d [g/cm3]	1,18	1,06	1,19	1,19	1,15	1,04	1,154
Eobl [V]	2,02	1,9	2,03	2,03	1,99	1,88	11,85

4. Ładowanie akumulatora

   1. Do ładowania akumulatora użyliśmy prostownika z regulacją. Ładowany akumulator przedstawia rys.1. o parametrach: Akumulator Pb Un=12V Qn=450Ah Icca=640A(EN)

Rys. 1 Akumulator Fiat

Ładowanie rozpoczęliśmy od zmierzenia poszczególnych parametrów przed rozpoczęciem ładowania. Po zmierzeniu rozpoczęliśmy ładowanie akumulatora które, trwało 15 minut. Badania parametrów akumulatora przeprowadziliśmy co 5 minut, po wcześniejszym odłączeniu prostownika. Wyniki pomiarów przedstawia tabela 3.

2. Wyniki pomiarów wykonanych w czasie ładowania akumulatora Tabela 3

Tabela 3

3. Charakterystyki siły elektromotorycznej (E), napięcia (U) i natężenia (I) w funkcji czasu ładowania przedstawia wykres1.

5. Wyznaczanie rezystancji wewnętrznej akumulatora metodą kompensacyjną

   1. Łączymy układ według schematu rys.2. Przy stałym prędkości obrotowej zwiększamy obciążenie alternatora i dokonujemy pomiarów.

Procedura wykonania pomiarów:

-zamknąć odłącznik W₁

-rezystorem R₁ wyregulować prąd I₁ do wartości 0,1 Q_n badanego akumulatora

-otworzyć odłącznik W₁ a zamknąć W₂ i W₃

-rezystorami R₂ i R₃ wyregulować wartość prądu I₂, tak aby miliwoltomierz wskazywał zero (DU=0)

-po trzech minutach ponownie zrównoważyć układ

-zamknąć odłącznik W₁ i odczytać wskazania mierników

-w ciągu pierwszej minuty wykonywać pomiary co 15 sekund (5 odczytów), a przez następne 4 minuty co 30 sekund (8 odczytów).

2. Schemat układu do wyznaczenia rezystancji wewnątrz akumulatora

3. Wyniki pomiarów

Un = 12 V Qn = 45 Ah ICCA = 400 A (EN)
t [s]	I1 [A]	ΔU [V]	Rw [Ω]
0	4,5	0,25	0,056
15	4,5	0,5	0,111
30	4,5	0,52	0,116
45	4,5	0,53	0,118
60	4,5	0,535	0,119
90	4,5	0,54	0,120
120	4,5	0,55	0,122
150	4,5	0,57	0,127
180	4,5	0,575	0,128
210	4,5	0,58	0,129
240	4,5	0,59	0,131
270	4,5	0,6	0,133
300	4,5	0,61	0,136

Woltomierz jest przyrządem służącym do bezpośredniego pomiaru napięcia elektrycznego, oznacza to, że wyniki pomiaru odczytywane są bezpośrednio ze wskazania miernika. Jeżeli
do pomiaru użyje się woltomierz analogowy, to najpierw należy dobrać zakres pomiarowy
a następnie dla tego zakresu i określonej podziałki należy wyznaczyć stałą podziałki miernika.

Stałą miernika (Woltomierza) wyznacza się z zależności:

gdzie:
Z – zakres pomiarowy woltomierza,

L – liczba działek na skali dla przyjętego zakresu,

C – stała miernika

Wartość rezystancji wewnętrznej akumulatora R_w wyznaczamy z prawa Ohma wg zależności:

Przykładowe obliczenia rezystancji wewnętrznej akumulatora:

R_w1= = = 0,0556 Ω

R_w2= = = 0,111 Ω

Charakterystyka Rw =f(t):

3. Wnioski

Na podstawie punktu 2.1. poznaliśmy budowę akumulatora i zobaczyliśmy jak wygląda od środka . Dowiedzieliśmy się do czego służą poszczególne cześć.

W punkcie 2.2. zapoznaliśmy się przyrządami zewnętrznymi to testowania stanu naładowania akumulatora. Po teście okazało się że wszystkie akumulatory są sprawne i naładowane. Największe napięcie otrzymaliśmy na akumulatorze AGM. Według oceny testerów najlepszy okazał się akumulator spiralny, jednak nie miała on największego napięcia.

Na podstawie ćwiczenia 2.3. i 2.4. dowiedzieliśmy się jak wygląda ładowanie i jak zmienią się wartość charakteryzujące akumulator. Z wykresu.1 i wyników pomiarów odczytujemy że, wraz ze czasem ładowania natężenie prądu spada a napięcie i siła elektromotoryczna akumulatora wzrasta. Widzimy na podstawie charakterystyki natężenia, że w pierwszych 5 minutach akumulator pobiera najwięcej prądu, mówi na to nam, w wtedy akumulator się doładowuje, natomiast w następnych minutach podładowuje. Po dokonaniu obliczeń oraz przeanalizowaniu wyników dochodzimy do wniosku iż, siły elektromotoryczne każdego ogniwa są zbliżone do siebie wartościami, co także możemy zauważyć na wyznaczonej charakterystyce. Natężenie spada w zależności od czasu, ale zmierzone napięcia mieszczą się w dopuszczalnej granicy. Czym okres badania jest dłuższy tym mniejsze zanotowaliśmy natężenie. Dzieje się tak ponieważ im akumulator jest bardziej naładowany tym natężenie słabnie.

Napięcie i opór między dwoma akumulatorami zmierzyliśmy w podpunkcie 2.5. W ćwiczeniu korzystaliśmy z amperomierza, który służy do pomiaru natężenia. Został on podłączony szeregowo, gdyż podłączenie równoległe może go spalić, ponieważ w tym połączeniu występuje mała oporność wewnętrzna. Zakres pomiaru można poszerzać po przez dodanie bocznika , łącząc go równolegle do amperomierza . Natomiast kolejnym urządzeniem z którego korzystaliśmy jest woltomierz, który służy do pomiaru napięcia bądź strat w napięciu-łączy sie go równolegle. Pomiary odbyły się na podstawie schematu. Wyniki pomiarów odczytywaliśmy co 15 sekund przy tej samej mocy i za każdym razem otrzymywaliśmy różne napięcia i opór.