Wydział Elektryczny. Katedra Automatyki i Elektroniki. Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH AKUMULATOR BIAŁYSTOK 2005

2 1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest poznanie zasad eksploatacji oraz diagnostyki akumulatorów ołowiowych stosowanych w instalacjach elektrycznych pojazdów samochodowych. Zakres ćwiczenia obejmuje: pomiary oscyloskopem cyfrowym napięcia ładowania w instalacji samochodowej, pomiary napięcia akumulatora bez obciąŝenia i pod obciąŝeniem przy róŝnych odbiornikach, pomiary z wykorzystaniem sondy prądowej oraz miernika cęgowego, pomiary gęstości elektrolitu, obliczanie czasu ładowania i rozładowania przy zadanych parametrach pracy, obliczanie rezystancji wewnętrznej. Szczegółowy zakres ćwiczenia ustala prowadzący. 2. OGÓLNE ZASADY OBSŁUGI AKUMULATORA Trwałość akumulatora zaleŝy w sposób zasadniczy od jego obsługi i stanu naładowania. Prawidłowo uŝytkowany akumulator ołowiowy moŝe pracować około 5-6 lat, natomiast okres ten znacznie się skraca w przypadku błędów w eksploatacji. Podstawowa ocena stanu technicznego akumulatora składa się z następujących czynności: sprawdzenie szczelności obudowy, stanu zacisków biegunowych i poziomu elektrolitu, pomiar gęstości elektrolitu, pomiar napięcia na zaciskach akumulatora bez obciąŝenia i pod obciąŝeniem, obliczenie rezystancji wewnętrznej. Pomiaru gęstości elektrolitu nie moŝna przeprowadzać w przypadku akumulatorów bezobsługowych, posiadających hermetycznie zamkniętą obudowę. Wówczas naleŝy wykonać jedynie pomiary napięć oraz ocenić stan obudowy oraz zacisków biegunowych. UWAGA! Elektrolit jest substancją silnie Ŝrącą. Podczas pomiarów gęstości elektrolitu naleŝy zakładać rękawice i okulary ochronne. Krople elektrolitu nie mogą dostać się do 2

3 oczu, na skórę i na ubranie. Akumulatora nie wolno przechylać aby elektrolit nie wyciekł z otworów odpowietrzających. W razie dostania się elektrolitu do oczu natychmiast przepłukać przez kilka minut czystą wodą, następnie udać się bezzwłocznie do lekarza. Krople elektrolitu na skórze lub ubraniu zneutralizować natychmiast roztworem mydła i spłukać obficie wodą. W czasie ładowania akumulatora wytwarza się gaz, który jest mieszaniną wybuchową. Regularnie naleŝy sprawdzać poziom elektrolitu. Minimalny poziom elektrolitu powinien znajdować się w przedziale [mm] powyŝej górnej granicy płyt. JeŜeli poziom elektrolitu spadnie poniŝej podanego stanu, naleŝy do danego ogniwa dolać wody destylowanej lub demineralizowanej. NIE NALEśY DOLEWAĆ KWASU (ELEKTROLITU)!. W pojeździe powinno być zapewnione napięcie ładowania (mierzone na końcówkach biegunowych akumulatora) na poziomie: a. 7,0 7,2 V dla instalacji 6V b. 14,0 14,4 V dla instalacji 12 V c. 28,0 28,8 V dla instalacji 24 V Nie dotrzymanie w/w wymagań prowadzi do spływu mas czynnych z płyt akumulatorowych, co objawia się zabarwieniem elektrolitu. UWAGA! Nie naleŝy dopuszczać do zwarć zewnętrznych akumulatora. NaleŜy kontrolować prawidłowe zamocowanie akumulatora w pojeździe. W przypadku jazdy miejskiej, częstego uŝytkowania świateł zewnętrznych lub zamontowania w pojeździe dodatkowych odbiorników prądu, naleŝy częściej kontrolować stan naładowania i w miarę potrzeby doładować akumulator z zewnętrznego źródła prądu. W przypadku nie uŝywania pojazdu powyŝej 4 miesięcy, akumulator pozostawiony w stanie pełnego naładowania zaleca się odłączyć od instalacji elektrycznej pojazdu. Akumulator wymaga naładowania, jeśli napięcie spoczynkowe spadnie poniŝej 12,5V (gęstość elektrolitu 1,24 kg/l). Akumulator rozładowany naleŝy natychmiast naładować, by nie dopuścić do jego zasiarczenia lub zamarznięcia elektrolitu przy eksploatacji w okresie zimowym (MoŜe to spowodować nieodwracalne uszkodzenia). NaleŜy sprawdzać szczelność otworów wentylacyjnych (nie dotyczy akumulatorów szczelnie zamkniętych). 3

4 NaleŜy zapewnić czystość akumulatora, szczególnie w okolicy zacisków biegunowych. 3. ŁADOWANIE AKUMULATORA 1. W akumulatorze posiadającym korki naleŝy je wykręcić lub wyjąć nakładkę z korkami. 2. Sprawdzić poziom elektrolitu, a w razie potrzeby uzupełnić wodą destylowaną. 3. Podłączyć akumulator do źródła prądu stałego, łącząc końcówkę biegunową dodatnią akumulatora z dodatnim zaciskiem źródła prądu i analogicznie końcówkę ujemną z ujemnym zaciskiem źródła prądu. 4. Ładować prądem równym 10 % wartości pojemności znamionowej. 5. Akumulator naleŝy ładować aŝ: a. Napięcie na końcówkach biegunowych akumulatora przy włączonym prostowniku będzie na poziomie: o dla akumulatorów 12 V 15,6 16,8 V; o dla akumulatorów 6 V 7,8 8,4 V. b. Gęstość elektrolitu w poszczególnych celach będzie na poziomie 1,28 przy temp. o 25 C. 6. Zatrzymać ładowanie akumulatora jeŝeli temperatura elektrolitu przekroczy 7. Sprawdzać poziom elektrolitu i w razie potrzeby uzupełnić. + 0,02 0,01 o 55 C. kg/l, 8. Po zakończeniu ładowania wyłączyć najpierw prostownik i wyjąć przewód zasilający. Następnie zdjąć zaciski przewodów prostownika z akumulatora. 4. POMIAR GĘSTOŚCI ELEKTROLITU Pomiaru gęstości elektrolitu nie naleŝy dokonywać bezpośrednio po ładowaniu akumulatora lub uzupełnianiu elektrolitu. Po zakończeniu ładowania naleŝy odczekać 30 minut przed pomiarem gęstości, natomiast w przypadku uzupełniania elektrolitu naleŝy odczekać 24 godziny. JeŜeli badany akumulator znajdował się właśnie pod obciąŝeniem, takŝe naleŝy odczekać ok. 30 minut przed rozpoczęciem pomiarów gęstości elektrolitu. 4

5 Wykonanie pomiaru: - Usunąć korek otworu wlewowego pierwszego ogniwa akumulatora i zanurzyć w elektrolicie koniec szklanej pipety areometru. - Zassać gruszką gumową taką ilość elektrolitu, aby areometr pływał w nim swobodnie. JeŜeli nie ma moŝliwości takiego zanurzenia pipety w otworze wlewowym aby pobrać wystarczającą ilość elektrolitu, moŝna pobrać elektrolit strzykawką i zlać do wąskiego, szklanego naczynia a następnie umieścić w nim areometr wyjęty z pipety. - Trzymając pionowo pipetę (areometr nie moŝe dotykać do ścianki), odczytać gęstość elektrolitu. Zwrócić uwagę na moŝliwość zafałszowania wyniku przez menisk wklęsły. - Wlać z powrotem elektrolit do celi i powtórzyć pomiar kolejno dla pozostałych ogniw akumulatora. - Zmierzyć temperaturę elektrolitu. Wykonanie tego pomiaru nie jest wymagane, jeŝeli temperatura otoczenia, a tym samym elektrolitu, nie wykracza poza granice20-30 o C. JeŜeli temperatura elektrolitu róŝni się znacznie od temperatury odniesienia, która wynosi 25 o C, naleŝy odczytaną wartość gęstości elektrolitu przeliczyć znając temperaturę skalowania areometru (najczęściej 25 o C). NaleŜy wykorzystać zaleŝność: przy zwiększaniu temperatury elektrolitu o +1 o C jego gęstość maleje o 0,7 mg/cm 3 i odwrotnie. Graniczne wartości gęstości elektrolitu charakteryzujące odpowiedni stan naładowania akumulatora przedstawia Tabela 1. 5

6 Tabela 1: Ocena stanu naładowania akumulatora kwasowego na podstawie gęstości elektrolitu: Gęstość [g/cm 3 ] Stan akumulatora 1,285 1,30 Zbyt wysoka gęstość elektrolitu, naleŝy ją obniŝyć przez zastąpienie odpowiedniej ilości elektrolitu wodą destylowaną 1,28 Akumulator naładowany 1,20 1,24 Akumulator wymaga naładowania 1,15 1,20 Akumulator wymaga natychmiastowego naładowania 1,14 Minimalna dopuszczalna gęstość elektrolitu przy normalnym wyładowaniu akumulatora (stan alarmowy) 1,10 Akumulator całkowicie rozładowany RóŜnice w gęstości elektrolitu między ogniwami nie powinny być większe niŝ 25 mg/cm POMIAR REZYSTANCJI WEWNĘTRZNEJ Wykonanie pomiaru: - Podłączyć woltomierz do zacisków akumulatora. - Zmierzyć napięcie akumulatora bez obciąŝenia. - Włączyć odpowiednią rezystancję obciąŝającą, mniejszą lub równą 500mΩ. Uwaga! Moc dopuszczalna rezystora (zestawu rezystorów) powinna być odpowiednia do przewidywanego prądu. - Odczytać i zanotować napięcie akumulatora. Czas wykonania pomiaru pod obciąŝeniem nie powinien przekraczać 5 sekund. - Obliczyć rezystancję wewnętrzną akumulatora. 6. OCENA STANU AKUMULATORA ZA POMOCA PRÓBNIKA (UWA-25 lub PAS-16) NaleŜy postępować zgodnie z instrukcją przyrządu. 6

7 7. ZAGADNIENIA DO PRZYGOTOWANIA Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia, student powinien: - zapoznać się z instrukcją, - oszacować maksymalną wartość rezystancji wewnętrznej akumulatora 12 V/45Ah/450A, zakładając, Ŝe podczas normalnej eksploatacji napięcie wyładowania nie powinno spaść poniŝej 11V, - narysować schemat układu pomiarowego do pomiaru rezystancji wewnętrznej akumulatora, - podać równanie pozwalające na obliczenie rezystancji wewnętrznej akumulatora na podstawie pomiarów spadku napięcia przy znanym obciąŝeniu. 9. PRZEBIEG ĆWICZENIA Wybrać do badania min. 2 pojazdy samochodowe z silnikiem ZI. Dla kaŝdego z wybranych pojazdów przeprowadzić następujące badania: Dokonać oględzin czystości obudowy w okolicach wyprowadzeń biegunowych, oraz sprawdzić stabilność zamocowania akumulatora. Zmierzyć napięcie ładowania akumulatora przy: a. obrotach biegu jałowego, b. obrotach 1000 obr./min., c. obrotach 1500 obr./min., d. obrotach 2000 obr./min., Zmierzyć współczynnik tętnień napięcia ładowania przy tych samych prędkościach obrotowych oraz określić sprawność regulatora napięcia, Zmierzyć napięcie akumulatora przy odłączonych wszystkich odbiornikach oraz przy niepracującym silniku, Zmierzyć napięcie akumulatora przy włączonych światłach mijania, długich oraz w miarę moŝliwości przy załączonych dodatkowych odbiornikach. Na podstawie zmierzonych spadków napięć policzyć rezystancje wewnętrzną. Zmierzyć natęŝenie prądu pobieranego z akumulatora przy wyłączonych wszystkich odbiornikach oraz natęŝenia prądów pobieranych przez kilka przykładowych odbiorników. NaleŜy wykorzystać amperomierz cęgowy. Policzyć teoretyczny czas pracy akumulatora (bez ładowania) przy obciąŝeniu kaŝdym z badanych odbiorników. 7

8 Wykorzystując akumulator ołowiowy dostępny w laboratorium: Zmierzyć gęstość elektrolitu. Zaproponować układ ładowania w warunkach poza pojazdem akumulatora o napięciu znamionowym 12 V i pojemności 150 Ah oraz po zmontowaniu przeprowadzić jego testy. Oszacować przybliŝony czas pełnego ładowania przy załoŝonych parametrach ładowarki. 10. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW Sprawozdanie powinno zawierać schematy układów pomiarowych i wyniki pomiarów. NaleŜy zanotować symbole oznaczeń wszystkich urządzeń pomiarowych oraz badanych elementów wykorzystywanych w trakcie ćwiczenia. Wyniki pomiarów naleŝy przedstawić w formie tablic oraz wykresów. W sprawozdaniu powinien się znaleźć dokładny opis wykonywanych w trakcie laboratorium czynności związanych z realizacją poszczególnych zadań. Wszelkie wyniki eksperymentalne naleŝy skomentować. Opracowane sprawozdanie powinno być złoŝone w terminie nie przekraczającym 2 tygodni. 6. WYMAGANIA BHP Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest zapoznanie się z obowiązującą w laboratorium instrukcją BHP oraz przestrzeganie zasad w niej zawartych. UWAGA! Elektrolit akumulatora ołowiowego jest substancją silnie Ŝrącą. Podczas pomiarów gęstości elektrolitu naleŝy zakładać rękawice i okulary ochronne. Krople elektrolitu nie mogą dostać się do oczu, na skórę i na ubranie. Akumulatora nie wolno przechylać aby elektrolit nie wyciekł z otworów odpowietrzających. W razie dostania się elektrolitu do oczu natychmiast przepłukać przez kilka minut czystą wodą, następnie udać się bezzwłocznie do lekarza. Krople elektrolitu na skórze lub ubraniu zneutralizować natychmiast roztworem mydła i spłukać obficie wodą. W czasie ładowania akumulatora wytwarza się gaz, który jest mieszaniną wybuchową. 7. LITERATURA Dziubiński M.: Elektroniczne układy pojazdów samochodowych, Lublin

9 Herner A.: Elektronika w samochodzie. WKŁ, Warszawa 2001 Trzeciak K.: Diagnostyka samochodów osobowych, WKŁ 2003 Materiały katalogowe akumulatorów EXIDE Technologies 9