Formula akumulatorja Eds. Elektromotorna sila akumulatorja

Baterije so napolnjene z žveplovo kislino in med običajnim ciklusom polnjenja-praznjenja sproščajo eksplozivne pline (vodik in kisik). Da bi se izognili osebnim poškodbam ali poškodbam vozila, upoštevajte ta varnostna navodila:

Preden začnete delati na električnih komponentah vozila, odklopite napajalni kabel z negativnega priključka akumulatorja. Ko je negativni napajalni kabel odklopljen, bodo vsi električni tokokrogi v vozilu odprti, da se zagotovi, da katera koli električna komponenta ne bo slučajno prišla na zemljo. Električna iskra ustvarja potencialne poškodbe in požar.
Vsa dela, ki vključujejo akumulator, je treba izvajati z zaščitnimi očali.
Nosite zaščitna oblačila za zaščito pred stikom kože z žveplovo kislino v bateriji.
Pri ravnanju z opremo, ki se uporablja za vzdrževanje in preskušanje baterij, ne kršite varnostnih navodil v postopkih vzdrževanja.
V neposredni bližini akumulatorja je strogo prepovedano kaditi ali uporabljati odprti ogenj.

Redno vzdrževanje baterije

Redno vzdrževanje akumulatorja vključuje preverjanje čistosti ohišja akumulatorja in po potrebi dodajanje čiste vode. Vsi proizvajalci baterij v ta namen priporočajo uporabo destilirane vode, če pa ni na voljo, lahko uporabite čisto pitno vodo z nizko vsebnostjo soli. Ker je voda edina potrošna komponenta v bateriji, v baterijo ne dodajajte kisline. Del vode iz elektrolita uhaja med polnjenjem in praznjenjem akumulatorja, vendar kislina, ki jo vsebuje elektrolit, ostane v bateriji. Baterije ne prepolnite z elektrolitom, ker bo v tem primeru normalno mehurjenje (vplinjanje), ki se v elektrolitu pojavi med delovanjem akumulatorja, povzročilo uhajanje elektrolita, kar povzroči korozijo sponk akumulatorja, njegovih pritrdilnih nosilcev in posode. Baterije je treba napolniti z elektrolitom približno 3,8 cm pod vrhom polnilnega vratu.

Priključke napajalnih kablov, priključenih na baterijo, in sponke same baterije je treba pregledati in očistiti, da ne pride do padca napetosti na njih. Eden najpogostejših razlogov, da se motor ne zažene, so ohlapni ali korodirani zatiči napajalnega kabla, priključeni na sponke akumulatorja.

Slika: Močno korodiran akumulatorski terminal

Slika: Ugotovljeno je bilo, da je ta napajalni kabel, povezan z baterijo, močno izoliran pod izolacijo. Čeprav je korozija pojedla izolacijo, je ostala neopažena, dokler kabel ni bil temeljito pregledan. Ta kabel je treba zamenjati

Slika: Previdno preverite vse sponke akumulatorja za znake korozije. V tem avtomobilu sta na pozitivni priključek akumulatorja z dolgim \u200b\u200bvijakom priključena dva napajalna kabla. To je pogost vzrok korozije, ki povzroči odpoved električnega zagona motorja.

Merjenje EMF baterije

Elektromotorna sila (EMR) je potencialna razlika med pozitivno in negativno elektrodo akumulatorja, ko je zunanji krog odprt.

Vrednost EMF je odvisna predvsem od potencialov elektrod, tj. o fizikalnih in kemijskih lastnostih snovi, iz katerih so plošče in elektrolit, ni pa odvisno od velikosti plošč akumulatorja. EMF kislinske baterije je odvisen tudi od gostote elektrolita.

Merjenje elektromotorne sile (EMR) baterije z voltmetrom je preprost način za določanje stanja napolnjenosti. EMF baterije ni indikator, ki zagotavlja delovanje baterije, vendar ta parameter bolj popolno označuje stanje akumulatorja kot le njegov pregled. Polnilna baterija, ki izgleda dobro, morda dejansko ni tako dobra, kot se sliši.

Ta preskus se imenuje merjenje napetosti v odprtem krogu (preizkus EMF) akumulatorja, ker se meritev izvaja na terminalih akumulatorja brez obremenitve, pri kateri je poraba nična.

Če se preverjanje izvede takoj po koncu polnjenja akumulatorja ali v avtomobilu na koncu potovanja, je pred merjenjem potrebno baterijo sprostiti iz polarizacijske EMF. Polarizacijski EMF je v primerjavi z običajno povišana napetost, ki se pojavi samo na površini baterijskih plošč. Polarizacijski EMF hitro izgine, ko baterija deluje pod obremenitvijo, zato ne daje natančne ocene stanja napolnjenosti baterije.
Če želite akumulator sprostiti iz polarizacije EMF, za eno minuto vklopite žaromete v načinu dolgih luči, nato pa jih izklopite in počakajte nekaj minut.
Z ugasnjenim motorjem in vso ostalo električno opremo, z zaprtimi vrati (tako, da so notranje luči ugasnjene) priključite voltmeter na sponke akumulatorja. Rdečo pozitivno žico voltmetra povežite s pozitivnim priključkom akumulatorja, črno negativno žico pa z negativnim priključkom.
Zapišite odčitek voltmetra in ga primerjajte s tabelo stanja napolnjenosti baterije. Spodnja tabela je primerna za oceno stanja napolnjenosti akumulatorja z EMF pri sobni temperaturi - od 70 ° F do 80 ° F (od 21 ° C do 27 ° C).

Tabela

EMF shranjevalne baterije (V)	Stanje obtožbe
12,6 V in več	100% zaračunano
12,4	75% zaračunano
12,2	50% zaračunano
12	Zaračunano za 25%
11.9 in manj	Odpuščen

Slika: Voltmeter prikazuje napetost akumulatorja eno minuto po vklopu žarometov (a). Po izklopu žarometov se je napetost, izmerjena na akumulatorju, hitro povrnila na 12,6 V (b)

OPOMBA

Če ima voltmeter negativni odčitek, se baterija napolni v obratni polarnosti (in jo je nato treba zamenjati) ali pa je voltmeter na baterijo priključen v obratni polarnosti.

Merjenje napetosti akumulatorja pod obremenitvijo

Eden najbolj natančnih načinov za določanje stanja baterije je merjenje napetosti akumulatorja pod obremenitvijo. Večina preizkuševalcev za zagon in polnjenje avtomobilov uporablja ogljikov reostat kot obremenitev akumulatorja. Parametri obremenitve so določeni z nazivno zmogljivostjo preizkušene baterije. Za nazivno zmogljivost akumulatorja je značilen zagonski tok, ki ga lahko hrani akumulator pri -18 ° C 30 sekund. Prej je bila uporabljena značilnost nazivne kapacitete baterij v amper urah. Merjenje napetosti akumulatorja pod obremenitvijo se izvaja pri vrednosti izpustnega toka, ki je enaka polovici nazivnega toka CCA akumulatorja ali trikratni nazivni zmogljivosti akumulatorja v amper urah, vendar ne manj kot 250 amperov. Merjenje napetosti akumulatorja pod obremenitvijo se opravi po preverjanju stanja napolnjenosti z vgrajenim hidrometrom ali z merjenjem EMF akumulatorja. Baterija mora biti napolnjena vsaj 75%. Na akumulator je priključena ustrezna obremenitev in po 15 sekundah delovanja akumulatorja pod obremenitvijo se odčitki voltmetra zabeležijo s priključeno obremenitvijo. Če je baterija dobra, mora odčitek voltmetra ostati nad 9,6 V. Mnogi proizvajalci baterij priporočajo, da izmerite dvakrat:

prvih 15 sekund delovanja akumulatorja pod obremenitvijo se uporabi za sprostitev polarizacijskega EMF
drugih 15 sekund - za zanesljivejšo oceno stanja baterije

Med prvim in drugim ciklom obremenitve je potrebna 30-sekundna zakasnitev, da se baterija obnovi.

Slika: Tester značilnosti zagona in polnjenja avtomobilskih baterij, ki ga proizvaja Bear Automotive, samodejno vklopi preizkušeno baterijo pod obremenitvijo za 15 sekund, da odstrani polarizacijo EMF, nato za 30 sekund odklopi obremenitev, da obnovi baterijo, in ponovno priklopi obremenitev za 15 sekund. Tester prikazuje informacije o stanju akumulatorja

Slika: Preizkuševalnik Sun Electric VAT 40 (voltameter, model 40), priključen na baterijo za preskušanje obremenitve. Operater z regulatorjem toka obremenitve nastavi vrednost izpustnega toka glede na odčitek ampermetra, ki je enaka polovici nazivnega toka akumulatorja CCA. Baterija deluje pod obremenitvijo 15 sekund, na koncu tega časovnega intervala pa mora biti napetost akumulatorja, izmerjena s priključeno obremenitvijo, najmanj 9,6 V

OPOMBA

Nekateri preizkuševalci merijo kapaciteto baterije, da ugotovijo stanje napolnjenosti in stanje baterije. Upoštevajte preskusni postopek, ki ga je določil proizvajalec preskusne opreme.

Če baterija ne uspe preizkusiti obremenitve, jo napolnite in ponovno preizkusite. Če drugo preverjanje ne uspe, je treba baterijo zamenjati.

Polnjenje baterije

Če je baterija močno prazna, jo je treba napolniti. Polnjenje baterije je najbolje, da se izognete poškodbam zaradi pregrevanja, v običajnem načinu polnjenja. Za razlago standardnega načina polnjenja baterije glejte sliko.

Slika: Ta polnilnik je nastavljen tako, da napolni baterijo z nominalnim polnilnim tokom 10 A. Polnjenje baterije v običajnem načinu, kot na zgornji fotografiji, ne vpliva toliko na baterijo kot način polnjenja, kar ne izključuje pregrevanja baterije in popačenje baterijskih plošč

Upoštevajte, da polnjenje popolnoma izpraznjenega akumulatorja lahko traja osem ur ali več. Sprva je treba polnilni tok 30 minut vzdrževati na približno 35 A, da se olajša začetek postopka polnjenja akumulatorja. V načinu pospešenega polnjenja se baterija segreje in poveča tveganje za upogibanje baterijskih plošč. V načinu polnilnega polnjenja se pojavi tudi povečano plinanje (razvoj vodika in kisika), ki predstavlja nevarnost za zdravje in požar. Temperatura baterije ne sme presegati 125 ° F (52 ° C, baterija je vroča na dotik). Praviloma je priporočljivo polniti akumulatorje s polnilnim tokom, ki je enak 1% nazivne vrednosti CCA-toka.

Način polnjenja polnjenja - največ 15A
Standardni način polnjenja - največ 5A

Lahko se zgodi vsakomur!

Lastnik Toyote je odklopil akumulator. Po priključitvi nove baterije je lastnik opazil, da se je na armaturni plošči prižgala rumena opozorilna lučka zračne blazine in radio blokiran. Lastnik je pri prodajalcu kupil rabljen avto in ni poznal tajne štirimestne kode, ki je potrebna za odklepanje radia. Prisiljen najti način za rešitev te težave, je naključno preizkusil tri različne štirimestne številke v upanju, da bo eno od njih delovalo. Po treh neuspešnih poskusih pa se je radio popolnoma ugasnil.

Razočarani lastnik se je obrnil na prodajalca. Odprava težave je stala več kot tristo dolarjev. Za ponastavitev alarma zračne blazine je bila potrebna posebna naprava. Radio je bilo treba odstraniti iz avtomobila in ga poslati v drugo državo, v pooblaščeni servisni center in ga po vrnitvi znova namestiti v avto.

Zato pred odklopom akumulatorja to obvezno uskladite z lastnikom avtomobila - prepričati se morate, da lastnik pozna skrivno kodo za vklop kodiranega radia, ki se hkrati uporablja v avtomobilskem varnostnem sistemu. Morda bo treba baterijsko pomnilniško napravo uporabiti z odklopljeno baterijo.

Slika: Tukaj je dobra ideja. Tehnik je izdelal rezervni vir napajanja za pomnilnik iz stare polnilne svetilke in kabla z adapterjem v vtičnico vžigalnika. Preprosto je priključil žice na sponke akumulatorja baterijske svetilke, ki jo je imel. Baterija svetilke je primernejša za uporabo kot običajna 9-voltna baterija - v primeru, da želi nekdo odpreti vrata avtomobila, medtem ko je v tokokrogu rezervno napajanje pomnilnika. V tem primeru bi se 9-voltna baterija, ki ima majhno kapaciteto, hitro izpraznila, medtem ko je zmogljivost baterije svetilke dovolj velika, da zagotavlja potrebno pomnilniško moč tudi, ko je notranja razsvetljava vklopljena.

Elektromotorna sila

Elektromotorna sila (EMF) akumulatorja E je razlika med potenciali elektrode, merjeno z odprtim zunanjim vezjem.

EMF baterije, sestavljene iz n zaporedno povezanih baterij.

Razlikovati je treba med ravnotežnim EMF akumulatorja in neravnovesnim EMF akumulatorja v času od odpiranja tokokroga do vzpostavitve ravnotežnega stanja (obdobje prehodnega procesa). EMF se meri z visokoodpornim voltmetrom (notranji upor najmanj 300 Ohm / V). V ta namen je voltmeter priključen na sponke baterije ali akumulatorja. V tem primeru skozi akumulator (baterija) ne sme teči polnilni ali praznilni tok.

Ravnotežni EMF svinčene baterije je tako kot kateri koli kemični vir toka odvisen od kemičnih in fizikalnih lastnosti snovi, ki sodelujejo v procesu tvorjenja toka, in sploh ni odvisen od velikosti in oblike elektrod ter od količine aktivnih mas in elektrolita. Hkrati je v svinčevi bateriji elektrolit neposredno vključen v postopek tvorjenja toka na baterijskih elektrodah in spreminja svojo gostoto glede na stanje napolnjenosti baterij. Zato je ravnotežni EMF, ki pa je funkcija gostote

Sprememba EMF akumulatorja glede na temperaturo je zelo majhna in jo med delovanjem lahko zanemarimo.

Napetost polnjenja in praznjenja

Potencialna razlika na polnih sponkah akumulatorja (akumulatorja) v procesu polnjenja ali praznjenja ob prisotnosti toka v zunanjem vezju se običajno imenuje napetost akumulatorja (akumulatorja). Prisotnost notranjega upora akumulatorja vodi do dejstva, da je njegova napetost med praznjenjem vedno manjša od EMF, med polnjenjem pa vedno večja od EMF.

Med polnjenjem akumulatorja mora biti napetost na njegovih sponkah za znesek notranjih izgub večja od njegove EMF. Na začetku polnjenja pride do napetostnega skoka za količino omičnih izgub znotraj akumulatorja, nato pa močno povečanje napetosti zaradi polarizacijskega potenciala, ki ga povzroča predvsem hitro povečanje gostote elektrolita v porah aktivne mase. Nadalje pride do počasnega povečanja napetosti, predvsem zaradi povečanja EMR akumulatorja zaradi povečanja gostote elektrolita.

Po pretvorbi glavne količine svinčevega sulfata v PbO2 in Pb poraba energije vedno bolj povzroča razgradnjo vode (elektroliza), odvečna količina vodikovih in kisikovih ionov, ki se pojavijo v elektrolitu, pa še poveča potencialno razliko med nasprotnima elektrodama. To vodi do hitrega povečanja polnilne napetosti, kar pospeši razgradnjo vode. Nastali vodikovi in \u200b\u200bkisikovi ioni ne vplivajo na aktivne snovi. Rekombinirajo se v nevtralne molekule in se sprostijo iz elektrolita v obliki plinskih mehurčkov (kisik se sprosti na pozitivni elektrodi, vodik na negativni), zaradi česar elektrolit "zavre".

Če nadaljujete s postopkom polnjenja, lahko vidite, da se povečanje gostote elektrolita in polnilna napetost praktično ustavi, saj je skoraj ves svinčev sulfat že reagiral in vsa energija, ki se dovaja v akumulator, se zdaj porabi le za stranski postopek - elektrolitsko razgradnjo vode. To pojasnjuje stalnost polnilne napetosti, ki je eden od znakov konca polnilnega procesa.

Po zaustavitvi polnjenja, to je odklopu zunanjega vira, napetost na sponkah akumulatorja močno pade na vrednost njegove neravnovesne EMF ali na vrednost omičnih notranjih izgub. Nato pride do postopnega zniževanja EMR (zaradi zmanjšanja gostote elektrolita v porah aktivne mase), ki se nadaljuje, dokler se koncentracija elektrolita v prostornini akumulatorja in porah aktivne mase popolnoma ne izenači, kar ustreza vzpostavitvi ravnotežne EMR.

Ko je akumulator prazen, je napetost na njegovih sponkah manjša od EMF za vrednost notranjega padca napetosti.

Na začetku praznjenja napetost akumulatorja močno pade za vrednost omičnih izgub in polarizacije zaradi zmanjšanja koncentracije elektrolitov v porah aktivne mase, to je koncentracijske polarizacije. Poleg tega se z enakomernim (stacionarnim) postopkom praznjenja gostota elektrolita v prostornini akumulatorja zmanjša, kar povzroči postopno zmanjševanje napetosti praznjenja. Hkrati se spremeni razmerje vsebnosti svinčevega sulfata v aktivni masi, kar povzroči tudi povečanje omičnih izgub. V tem primeru delci svinčevega sulfata (ki imajo približno trikrat večjo prostornino kot delci svinca in njegovega dioksida, iz katerega so nastali) zaprejo pore aktivne mase, kar preprečuje prehod elektrolita v globino elektrod. To povzroči povečanje polarizacije koncentracije, kar vodi do hitrejšega zmanjšanja napetosti praznjenja.

Ko se praznjenje ustavi, napetost na sponkah akumulatorja hitro naraste za količino omičnih izgub in doseže vrednost neravnovesnega EMF. Nadaljnja sprememba EMF zaradi izenačitve koncentracije elektrolitov v porah aktivnih mas in prostornine akumulatorja vodi do postopnega določanja vrednosti ravnotežnega EMF.

Napetost akumulatorja med praznjenjem je odvisna predvsem od temperature elektrolita in moči praznjenja. Kot smo že omenili, je odpornost svinčeve baterije (akumulatorja) zanemarljiva in je v napolnjenem stanju le nekaj miliohmov. Vendar pri tokih zaganjalnika, katerega moč je 4-7-krat večja od vrednosti nazivne zmogljivosti, notranji padec napetosti pomembno vpliva na napetost praznjenja. Povečanje ohmičnih izgub z zniževanjem temperature je povezano s povečanjem upora elektrolita. Poleg tega se močno poveča viskoznost elektrolita, kar oteži postopek difuzije v pore aktivne mase in poveča koncentracijsko polarizacijo (to pomeni, da poveča izgubo napetosti v akumulatorju z zmanjšanjem koncentracije elektrolita v porah elektrod). Pri toku več kot 60 A je odvisnost napetosti praznjenja od trenutne jakosti praktično linearna pri vseh temperaturah.

Povprečna vrednost napetosti akumulatorja med polnjenjem in praznjenjem se določi kot aritmetična sredina vrednosti napetosti, izmerjene v rednih intervalih

6 817 ogledov v storitvi Google+

EMF akumulatorja (elektromotorna sila) je razlika potencialov elektrod v odsotnosti zunanjega vezja. Potencial elektrode je vsota ravnotežnega potenciala elektrode. Označuje stanje elektrode v mirovanju, to je odsotnost elektrokemijskih procesov in polarizacijski potencial, ki je opredeljen kot potencialna razlika elektrode med polnjenjem (praznjenjem) in v odsotnosti tokokroga.

Postopek difuzije.

Zaradi difuzijskega procesa, izenačevanja gostote elektrolitov v votlini telesa akumulatorja in v porah aktivne mase plošč lahko v akumulatorju ohranimo polarizacijo elektrod, ko zunanji tokokrog odklopimo.

Hitrost difuzije je neposredno odvisna od temperature elektrolita; višja je temperatura, hitreje poteka postopek in se lahko časovno zelo razlikuje, od dveh ur do dneva. Prisotnost dveh komponent elektrodnega potenciala med prehodnimi načini je privedla do delitve na ravnotežni in neravnovesni EMF akumulatorja. Na ravnotežni EMF akumulatorja vplivata vsebnost in koncentracija ionov aktivnih snovi v elektrolitu ter kemijske in fizikalne lastnosti aktivnih snovi. Glavno vlogo pri velikosti EMF ima gostota elektrolita in temperatura nanjo praktično ne vpliva. Odvisnost EMF od gostote lahko izrazimo s formulo:

E \u003d 0,84 + p Kjer je E - baterija EMF (B) P - gostota elektrolita zmanjšana na temperaturo 25 gr. C (g / cm3) Ta formula velja za delovno gostoto elektrolita v območju od 1,05 do 1,30 g / cm3. EMF ne more neposredno označiti stopnje redčenja akumulatorja. Če pa ga izmerite pri zaključkih in ga primerjate z izračunanim glede na gostoto, potem lahko z določeno mero verjetnosti presodite stanje plošč in prostornino. V mirovanju je gostota elektrolita v porah elektrod in votlini monobloka enaka in enaka EMF v mirovanju. Pri povezovanju porabnikov ali vira naboja se spremeni polarizacija plošč in koncentracija elektrolita v porah elektrod. To vodi do spremembe EMR. Med polnjenjem se vrednost EMF poveča, med praznjenjem pa se zmanjša. To je posledica spremembe gostote elektrolita, ki sodeluje v elektrokemijskih procesih.

EMF akumulatorja ni enak napetosti akumulatorja, kar je odvisno od prisotnosti ali odsotnosti obremenitve na njegovih sponkah.

"Če opazite napako v besedilu, izberite to mesto z miško in pritisnite CTRL + ENTER"

admin 25.7.2011 "Če vam je bil članek koristen, delite povezavo do njega v družabnih omrežjih"

Avtolektron.ru

Elektromotorna sila akumulatorja

Ali je mogoče EMF natančno presoditi stanje napolnjenosti baterije?

Elektromotorna sila (EMR) baterije je razlika med potenciali elektrode, merjeno z odprtim zunanjim vezjem:

Е \u003d φ + - φ–

kjer sta φ + in φ– potenciala pozitivne oziroma negativne elektrode, ko je zunanji krog odprt.

EMF baterije, sestavljene iz n zaporedno povezanih baterij:

Po drugi strani pa je potencial elektrode v odprtem krogu v splošnem primeru sestavljen iz ravnotežnega potenciala elektrode, ki označuje ravnotežno (stacionarno) stanje elektrode (v odsotnosti prehodnih procesov v elektrokemičnem sistemu) in potenciala polarizacije.

Ta potencial je na splošno opredeljen kot razlika med potencialom elektrode med praznjenjem ali polnjenjem in njenim potencialom v ravnotežnem stanju ob odsotnosti toka. Vendar je treba opozoriti, da stanje akumulatorja takoj po izklopu polnilnega ali praznjenega toka ni ravnotežno zaradi razlike v koncentraciji elektrolitov v porah elektrod in medelektrodnem prostoru. Zato polarizacija elektrod ostane v akumulatorju precej dolgo tudi po izklopu polnilnega ali praznilnega toka in v tem primeru označuje odstopanje potenciala elektrode od ravnotežne vrednosti zaradi prehodnega procesa, to je predvsem zaradi difuzijske izenačitve koncentracije elektrolitov v bateriji od trenutka odpiranja zunanjega kroga do vzpostavitve ravnotežno stacionarno stanje v bateriji.

Kemična aktivnost reagentov, zbranih v elektrokemičnem sistemu akumulatorja, in zato je sprememba EMF baterije zelo malo odvisna od temperature. Ko se temperatura spremeni od –30 ° С do + 50 ° С (v območju delovanja akumulatorja), se elektromotorna sila vsake baterije v akumulatorju spremeni le za 0,04 V in jo lahko med delovanjem baterije zanemarimo.

S povečanjem gostote elektrolita se EMF poveča. Pri temperaturi + 18 ° C in gostoti 1,28 g / cm3 ima baterija (kar pomeni eno banko) EMF 2,12 V. Akumulator šestih celic ima EMF 12,72 V (6 × 2,12 V \u003d 12 , 72 V).

EMF ne more natančno presoditi stanja napolnjenosti baterije. EMF izpraznjene baterije z večjo gostoto elektrolitov bo višji od EMF napolnjene baterije, vendar z nižjo gostoto elektrolitov. Vrednost EMF delujoče baterije je odvisna od gostote elektrolita (stopnje njegove napolnjenosti) in se giblje od 1,92 do 2,15 V.

Pri delovanju baterij lahko z merjenjem EMF zaznamo resno okvaro akumulatorja (zapiranje plošč v eni ali več bankah, prekinitev povezovalnih vodnikov med bankami in podobno).

EMF se meri z visokoodpornim voltmetrom (notranji upor voltmetra je manjši od 300 Ohm / V). Med meritvami je voltmeter priključen na sponke baterije ali akumulatorja. V tem primeru skozi akumulator (baterija) ne sme teči polnilni ali praznilni tok!

*** Elektromotorna sila (EMF) je skalarna fizikalna veličina, ki označuje delo zunanjih sil, to je vseh sil neelektričnega izvora, ki delujejo v kvazistacionarnih enosmernih ali izmeničnih tokokrogih. EMF, tako kot napetost, se v Mednarodnem sistemu enot (SI) meri v voltih.

orbyta.ru

27.3. Elektrokemijske reakcije v bateriji. Elektromotorna sila. Notranji upor. Samopraznjenje. Sulfat plošče

Če zaprete zunanji tokokrog napolnjene baterije, se prikaže električni tok. V tem primeru se pojavijo naslednje reakcije:

na negativni plošči

na pozitivni plošči

kjer je e naboj elektrona, enak

Na vsaki dve molekuli porabljene kisline nastanejo štiri molekule vode, hkrati pa se porabijo dve molekuli vode. Zato nastaneta le dve molekuli vode. Če dodamo enačbi (27.1) in (27.2), dobimo reakcijo praznjenja v končni obliki:

Enačbe (27.1) - (27.3) je treba brati od leve proti desni.

Ko se baterija izprazni, na ploščah obeh polarnosti nastane svinčev sulfat. Žveplovo kislino porabljajo tako pozitivne kot negativne plošče, medtem ko imajo pozitivne plošče večjo porabo kisline kot negativne. Pozitivne plošče tvorijo dve molekuli vode. Ko se baterija izprazni, se koncentracija elektrolita zmanjša, v pozitivnih ploščah pa v večji meri.

Če spremenite smer toka skozi baterijo, bo smer kemijske reakcije obrnjena. Začne se postopek polnjenja akumulatorja. Reakcije naboja negativne in pozitivne plošče lahko predstavimo z enačbama (27.1) in (27.2), celotno reakcijo pa z enačbo (27.3). Te enačbe je zdaj treba brati od desne proti levi. Ko se napolni, se svinčev sulfat na pozitivni plošči reducira v svinčev peroksid, na negativni plošči pa v kovinski svinec. Pri tem nastane žveplova kislina in koncentracija elektrolita se poveča.

Elektromotorna sila in napetost akumulatorja sta odvisna od številnih dejavnikov, med katerimi so najpomembnejši vsebnost kisline v elektrolitu, temperatura, tok in smer ter stopnja napolnjenosti. Zabeleži se lahko razmerje med elektromotorno silo, napetostjo in tokom

dostojanstvo, kot sledi:

ob izpustu

kjer je E0 reverzibilni EMF; Ep - EMR polarizacije; R je notranji upor baterije.

Reverzibilni EMF je EMF idealne baterije, pri kateri so odpravljene vse vrste izgub. V taki bateriji se energija, prejeta med polnjenjem, v celoti vrne med praznjenjem. Reverzibilni EMF je odvisen samo od vsebnosti kisline v elektrolitu in temperature. Lahko ga določimo analitično na podlagi toplote tvorjenja reakcijskih snovi.

Prava baterija je v pogojih, ki so blizu idealnih, če je tok zanemarljiv in je čas njegovega prehoda prav tako kratek. Takšne pogoje lahko ustvarimo z uravnoteženjem napetosti akumulatorja z neko zunanjo napetostjo (napetostni standard) z uporabo občutljivega potenciometra. Tako izmerjena napetost se imenuje napetost odprtega kroga. Blizu je reverzibilnega EMR. Tabela 27.1 prikazuje vrednosti te napetosti, ki ustrezajo gostoti elektrolita od 1100 do 1300 (glede na temperaturo 15 ° C) in temperaturo od 5 do 30 ° C.

Kot je razvidno iz tabele, je pri gostoti elektrolitov 1200, kar je značilno za stacionarne baterije, in temperaturi 25 ° C napetost akumulatorja z odprtim krogom 2,046 V. Med postopkom praznjenja se gostota elektrolitov nekoliko zmanjša. Ustrezen padec napetosti v odprtem vezju je le nekaj stotink volta. Sprememba napetosti v odprtem krogu, ki jo povzroči sprememba temperature, je zanemarljiva in je precej teoretična.

Če skozi akumulator teče določen tok v smeri polnjenja ali praznjenja, se napetost akumulatorja spremeni zaradi notranjega padca napetosti in spremembe EMR zaradi stranskih kemičnih in fizikalnih procesov na elektrodah in elektrolitu. Sprememba elektromotorne sile baterije, ki jo povzročijo navedeni nepovratni procesi, se imenuje polarizacija. Glavna razloga za polarizacijo v bateriji sta sprememba koncentracije elektrolita v porah aktivne mase plošč glede na njegovo koncentracijo v preostalem volumnu in zaradi tega povzročena sprememba koncentracije svinčevih ionov. Ko se izprazni, se kislina porabi; ko se napolni, se tvori. Reakcija poteka v porah aktivne mase plošč, dotok ali odstranjevanje molekul kisline in ionov pa nastane z difuzijo. Slednje lahko poteka le ob prisotnosti določene razlike v koncentracijah elektrolitov v območju elektrod in v preostalem volumnu, ki je nastavljen v skladu s tokom in temperaturo, ki določa viskoznost elektrolita. Sprememba koncentracije elektrolitov v porah aktivne mase povzroči spremembo koncentracije svinčevih ionov in EMF. Med praznjenjem se zaradi znižanja koncentracije elektrolita v pore EMF zmanjša, med polnjenjem pa se zaradi povečanja koncentracije elektrolita EMF poveča.

Elektromotorna polarizacijska sila je vedno usmerjena proti toku. Odvisno od poroznosti plošč, toka in

temperatura. Vsota reverzibilnega elektromagnetnega polja in elektromagnetnega polja polarizacije, tj. E0 ± Ep, je EMF akumulatorja pod tokom ali dinamičnega EMF. Med praznjenjem je manj kot reverzibilni EMF, med polnjenjem pa več. Napetost akumulatorja pod tokom se od dinamičnega EMF razlikuje le po vrednosti notranjega padca napetosti, ki je razmeroma majhen. Zato je napetost baterije, ko je pod napetostjo, odvisna tudi od toka in temperature. Vpliv slednjih na napetost akumulatorja med praznjenjem in polnjenjem je veliko večji kot pri odprtem krogu.

Če med praznjenjem akumulatorskega kroga odprete, se bo njegova napetost počasi povečala na napetost odprtega kroga zaradi stalne difuzije elektrolita. Če med polnjenjem odprete vezje akumulatorja, se njegova napetost počasi znižuje na napetost odprtega kroga.

Neenakost koncentracij elektrolitov na območju elektrod in v preostalem volumnu ločuje delovanje prave baterije od idealne. Pri polnjenju se baterija obnaša, kot da vsebuje zelo razredčen elektrolit, pri polnjenju pa je zelo koncentrirana. Razredčeni elektrolit se nenehno meša z bolj koncentriranim, medtem ko se v obliki toplote sprosti nekaj energije, ki bi jo lahko, če bi bile koncentracije enake. Posledično je energija, ki jo med praznjenjem odda baterija, manjša od energije, prejete med polnjenjem. Izguba energije nastane zaradi nepopolnosti kemičnega procesa. Ta vrsta izgube je glavna v akumulatorju.

Notranji upor baterije. Notranji upor je sestavljen iz uporov okvirja plošče, aktivne mase, separatorjev in elektrolita. Slednji predstavlja večino notranjega upora. Odpornost akumulatorja narašča s praznjenjem in zmanjšuje s polnjenjem, kar je posledica sprememb koncentracije raztopine in vsebnosti žvepla.

tančica v aktivni masi. Odpornost akumulatorja je majhna in je opazna šele pri velikem izpustnem toku, ko notranji padec napetosti doseže eno ali dve desetinki volta.

Samopraznjenje baterije. Samopraznjenje je nenehna izguba kemične energije, shranjene v akumulatorju, zaradi stranskih reakcij na ploščah obeh polarnosti, ki jih povzročijo nenamerne škodljive nečistoče v uporabljenih materialih ali nečistoče, vnesene v elektrolit med delovanjem. Najpomembnejši praktični pomen ima samopraznjenje, ki jo povzroči prisotnost v elektrolitu različnih kovinskih spojin, ki so bolj elektropozitivne od svinca, kot so baker, antimon in druge. Kot rezultat reakcije nastaneta svinčev sulfat in vodik, ki se sproščata na kovini onesnaženja. Samopraznjenje je mogoče zaznati z rahlim razvojem plinov iz negativnih plošč.

Na pozitivnih ploščah pride tudi do samopraznjenja zaradi normalne reakcije med osnovnim svincem, svinčevim peroksidom in elektrolitom, kar povzroči nastanek svinčevega sulfata.

Vedno pride do samopraznjenja akumulatorja: tako z odprtim vezjem kot tudi s praznjenjem in polnjenjem. To je odvisno od temperature in gostote elektrolita (slika 27.2), s povečanjem temperature in gostote elektrolita pa se poveča samopraznjenje (izguba naboja pri temperaturi 25 ° C in gostota elektrolita 1,28 jemljemo kot 100%). Izguba kapacitete nove baterije zaradi samopraznjenja je približno 0,3% na dan. Samodvajanje se s starostjo povečuje.

Nenormalno sulfatiranje plošč. Svinčev sulfat nastane na ploščah obeh polarnosti z vsakim praznjenjem, kot je razvidno iz enačbe reakcije praznjenja. Ta sulfat ima

drobna kristalna struktura in polnilni tok se na ploščah ustrezne polarnosti zlahka zmanjšata na kovinski svinec in svinčev peroksid. Zato je sulfacija v tem smislu običajen pojav, ki je sestavni del delovanja baterije. Nenormalno sulfiranje se zgodi, če se baterije preveč praznijo, sistematično premalo polnijo ali ostanejo dolgo prazne in nedejavne ali če delujejo pri previsoki gostoti elektrolitov in visokih temperaturah. V teh pogojih se drobni kristalinični sulfat zgosti, kristali rastejo in močno razširijo aktivno maso in je med polnjenjem zaradi velike odpornosti težko obnoviti. Ko je baterija neaktivna, nihanja temperature prispevajo k nastanku sulfata. Ko se temperatura dvigne, se drobni kristali sulfata raztopijo in ko se temperatura znižuje, sulfat počasi kristalizira in kristali rastejo. Zaradi temperaturnih nihanj nastanejo veliki kristali na račun majhnih.

Na sulfatiranih ploščah so pore zamašene s sulfatom, aktivni material se iztisne iz rešetk in plošče so pogosto zvite. Površina sulfatiranih plošč postane trda, hrapava in ob drgnjenju

material plošč med prsti je videti kot pesek. Temno rjave pozitivne plošče postanejo svetlejše in na površini se pojavijo bele sulfatne lise. Negativne plošče postanejo trde, rumenkasto sive. Kapaciteta sulfatirane baterije se zmanjša.

Začetno sulfacijo lahko odpravimo s podaljšanim polnjenjem s tokom lubja. Pri močnem sulfiranju so potrebni posebni ukrepi za pripravo plošč v normalno stanje.

studfiles.net

Parametri akumulatorja | Vse o baterijah

Oglejmo si glavne parametre baterije, ki jih potrebujemo med njenim delovanjem.

1. Elektromotorna sila (EMF) akumulatorja je napetost med terminali akumulatorja, ko je zunanji tokokrog odprt (in seveda brez puščanja). V pogojih "na terenu" (v garaži) lahko EMF izmerite s katerim koli preizkuševalcem, preden odstranite enega od terminalov ("+" ali "-") iz akumulatorja.

EMF baterije je odvisna od gostote in temperature elektrolita in sploh ni odvisna od velikosti in oblike elektrod, pa tudi od količine elektrolita in aktivnih mas. Sprememba EMF akumulatorja glede na temperaturo je zelo majhna in jo lahko med delovanjem zanemarimo. S povečanjem gostote elektrolita se EMF poveča. Pri temperaturi plus 18 ° C in gostoti d \u003d 1,28 g / cm3 ima baterija (kar pomeni eno banko) EMF, enak 2,12 V (baterija - 6 x 2,12 V \u003d 12,72 V). Odvisnost EMF od gostote elektrolita, ko se gostota spremeni znotraj 1,05 ÷ 1,3 g / cm3, je izražena z empirično formulo

E \u003d 0,84 + d, kjer

d je gostota elektrolita pri temperaturi plus 18 ° C, g / cm3.

Nemogoče je natančno presoditi stopnjo praznjenja akumulatorja z EMF. EMF izpraznjene baterije z večjo gostoto elektrolitov bo višji od EMF napolnjene baterije, vendar z nižjo gostoto elektrolitov.

Z merjenjem EMF lahko le hitro zaznate resno okvaro akumulatorja (kratka spojina plošč v enem ali več bregovih, prekinitev povezovalnih vodnikov med bankami itd.).

2. Notranji upor akumulatorja je vsota uporov izhodnih sponk, medelektorskih povezav, plošč, elektrolita, separatorjev in upora, ki nastane na stičnih mestih elektrod z elektrolitom. Večja kot je zmogljivost baterije (število plošč), manjši je njen notranji upor. Z znižanjem temperature in ko se baterija izprazni, se njen notranji upor poveča. Napetost akumulatorja se od EMF razlikuje po padcu napetosti na notranjem uporu akumulatorja.

S polnjenjem U3 \u003d E + I x RVN,

in pri praznjenju UР \u003d Е - I х RВН, kjer

I je tok, ki teče skozi baterijo, A;

RVN - notranji upor akumulatorja, Ohm;

E - baterija EMF, V.

Sprememba napetosti na akumulatorju med polnjenjem in praznjenjem je prikazana na sl. 1.

Slika 1. Spreminjanje napetosti akumulatorja med polnjenjem in praznjenjem.

1 - začetek razvoja plina, 2 - polnjenje, 3 - praznjenje.

Napetost avtomobilskega generatorja, od katerega se polni akumulator, je 14,0 ÷ 14,5 V. Na avtomobilu akumulator, tudi v najboljšem primeru, v povsem ugodnih pogojih ostane pod 10-20% podpolnjen. Napaka je delo avtomobilskega generatorja.

Generator začne oddajati zadostno napetost za polnjenje pri 2000 vrt / min ali več. Hitrost prostega teka 800 ÷ 900 vrt / min. Način vožnje v mestu: pospeševanje (manj kot minuto), zaviranje, ustavljanje (semafor, zastoj - trajanje od 1 minute do ** ur). Naboj gre le med pospeševanjem in gibanjem s precej visokimi hitrostmi. V preostalem času se intenzivno prazni baterija (žarometi, drugi porabniki električne energije, alarm - 24 ur na dan).

Razmere se izboljšajo med vožnjo zunaj mesta, vendar ne kritično. Trajanje potovanj ni tako dolgo (poln akumulator - 12 ÷ 15 ur).

Na točki 1 - 14,5 V se začne razvijanje plinov (elektroliza vode za kisik in vodik) in poraba vode se poveča. Drug neprijeten učinek med elektrolizo je, da se korozija plošč poveča, zato ni dovoljeno podaljšati presežka napetosti 14,5 V na sponkah akumulatorja.

Napetost avtomobilskega generatorja (14,0 ÷ 14,5 V) je bila izbrana med kompromisnimi pogoji - zagotavljanjem bolj ali manj običajnega polnjenja akumulatorja z zmanjšanjem uplinjanja (poraba vode se zmanjša, nevarnost požara zmanjša, hitrost uničenja plošč se zmanjša).

Iz zgoraj navedenega lahko sklepamo, da je treba baterijo občasno, vsaj enkrat mesečno, popolnoma napolniti z zunanjim polnilnikom, da se zmanjša sulfiranje plošč in poveča življenjska doba.

Napetost akumulatorja med praznjenjem s pomočjo zagonskega toka (IP \u003d 2 ÷ 5 C20) je odvisna od jakosti praznjenja in temperature elektrolita. Slika 2 prikazuje trenutno-napetostne značilnosti akumulatorja 6ST-90 pri različnih temperaturah elektrolitov. Če je tok praznjenja konstanten (na primer IP \u003d 3 C20, vrstica 1), bo napetost akumulatorja med praznjenjem nižja, nižja je njegova temperatura. Za ohranjanje konstantne napetosti med praznjenjem (vrstica 2) je treba zmanjšati moč izpustnega toka z zniževanjem temperature akumulatorja.

Slika 2. Volt-amperske značilnosti akumulatorja 6ST-90 pri različnih temperaturah elektrolitov.

3. Kapaciteta akumulatorja (C) je količina električne energije, ki se ji baterija odpove pri praznjenju na najnižjo dovoljeno napetost. Kapaciteta baterije je izražena v amperskih urah (Ah). Večja kot je jakost praznilnega toka, nižja je napetost, do katere se lahko akumulator izprazni, na primer pri določanju nazivne kapacitete akumulatorja se praznjenje izvede s tokom I \u003d 0,05С20 do napetosti 10,5 V, temperatura elektrolita mora biti v območju + (18 ÷ 27) ° C, čas praznjenja pa je 20 ur. Šteje se, da se življenjska doba baterije konča, ko je njena zmogljivost 40% od S20.

Kapaciteta akumulatorja v zaganjalnikih se določi pri temperaturi + 25 ° C in izpraznjenem toku ЗС20. V tem primeru mora biti čas praznjenja na napetost 6 V (en volt na baterijo) vsaj 3 minute.

Ko se baterija izprazni s tokom ЗС20 (temperatura elektrolita -18 ° C), mora biti napetost akumulatorja 30 s po začetku praznjenja 8,4 V (9,0 V za akumulatorje, ki ne zahtevajo vzdrževanja) in po 150 s ne manj kot 6 V. Ta tok se včasih imenuje hladni zagon ali zagonski tok, se lahko razlikuje od ЗС20. Ta tok je naveden na ohišju baterije poleg njegove zmogljivosti.

Če se praznjenje pojavlja pri konstantni trenutni jakosti, potem se zmogljivost akumulatorja določi s formulo

С \u003d I х t kje,

I je izpustni tok, A;

t - čas praznjenja, h.

Kapaciteta akumulatorja je odvisna od njegove zasnove, števila plošč, njihove debeline, materiala za ločevanje, poroznosti aktivnega materiala, zasnove mrežaste plošče in drugih dejavnikov. Med delovanjem je zmogljivost akumulatorja odvisna od jakosti toka praznjenja, temperature, načina praznjenja (s prekinitvami ali neprekinjeno), stanja napolnjenosti in poslabšanja stanja akumulatorja. S povečanjem praznilnega toka in stopnje praznjenja ter z znižanjem temperature se zmogljivost baterije zmanjša. Pri nizkih temperaturah še posebej intenzivno pride do padca kapacitete akumulatorja s povečanjem praznilnih tokov. Pri temperaturi -20 ° C ostane približno 50% kapacitete akumulatorja pri temperaturi + 20 ° C.

Najbolj popolno stanje baterije kaže njena zmogljivost. Za določitev dejanske zmogljivosti je dovolj, da se popolnoma napolnjena uporabna baterija postavi na praznjenje s tokom I \u003d 0,05 C20 (na primer za baterijo z zmogljivostjo 55 Ah je I \u003d 0,05 x 55 \u003d 2,75 A). Izpraznitev je treba nadaljevati, dokler napetost akumulatorja ne doseže 10,5 V. Čas praznjenja mora biti vsaj 20 ur.

Pri določanju zmogljivosti je kot obremenitev primerno uporabiti avtomobilske žarnice z žarilno nitko. Na primer, če želite zagotoviti izpustni tok 2,75 A, pri katerem je poraba energije P \u003d I x U \u003d 2,75 A x 12,6 V \u003d 34,65 W, je dovolj, da vzporedno priključite 21 W žarnico in 15 W žarnico. Delovna napetost žarnic z žarilno nitko za naš primer bi morala biti 12 V. Seveda je natančnost nastavitve toka na ta način "plus-minus bast čevlji", vendar je za približno določitev stanja akumulatorja povsem dovolj, pa tudi poceni in ugodna.

Pri preizkušanju novih baterij na ta način lahko čas praznjenja traja manj kot 20 ur. To je posledica dejstva, da dobijo nazivno zmogljivost po 3 ÷ 5 ciklih polnjenja in praznjenja.

Kapaciteto akumulatorja lahko ocenite tudi z vtičem za obremenitev. Tovorni čep je sestavljen iz dveh kontaktnih nog, ročaja, preklopne obremenitvene upornosti in voltmetra. Ena od možnih možnosti je prikazana na sliki 3.

Slika 3. Naloži možnost vilic.

Za preizkušanje sodobnih baterij, ki imajo na voljo samo izhodne sponke, je treba uporabiti 12-voltne obremenitvene čepe. Odpornost proti obremenitvi je izbrana tako, da se zagotovi obremenitev akumulatorja s tokom I \u003d ЗС20 (na primer pri zmogljivosti akumulatorja 55 Ah mora odpornost proti obremenitvi porabiti tok I \u003d ЗС20 \u003d 3 x 55 \u003d 165 A). Tovorni vtič je povezan vzporedno z izhodnimi kontakti popolnoma napolnjene baterije, zabeležen je čas, v katerem izhodna napetost pade z 12,6 V na 6 V. Tokrat mora biti za novo, uporabno in popolnoma napolnjeno baterijo vsaj tri minute pri temperaturi elektrolita + 25 ° OD.

4. Samopraznjenje baterije. Samopraznjenje se imenuje zmanjšanje kapacitete baterij z odprtim zunanjim vezjem, to je z neaktivnostjo. Ta pojav povzročajo redoks procesi, ki se spontano pojavijo tako na negativni kot na pozitivni elektrodi.

Negativna elektroda je še posebej dovzetna za samopraznjenje zaradi spontanega raztapljanja svinca (negativna aktivna masa) v raztopini žveplove kisline.

Samopraznjenje negativne elektrode spremlja razvoj vodikovega plina. Hitrost spontanega raztapljanja svinca se znatno poveča s povečanjem koncentracije elektrolita. Povečanje gostote elektrolita z 1,27 na 1,32 g / cm3 vodi do povečanja stopnje samopraznjenja negativne elektrode za 40%.

Samopraznjenje baterij je močno odvisno od temperature elektrolita. Samopraznjenje se zmanjšuje z zniževanjem temperature. Pri temperaturah pod 0 ° C se z novimi baterijami praktično ustavi. Zato je priporočljivo shranjevanje baterij v napolnjenem stanju pri nizkih temperaturah (do -30 ° C). Vse to je prikazano na sliki 4.

Slika 4. Odvisnost samopraznjenja baterije od temperature.

Med delovanjem samopraznjenje ne ostane konstantno in se proti koncu življenjske dobe močno poveča.

Za zmanjšanje samopraznjenja je treba za izdelavo baterij uporabljati najčistejše materiale, za pripravo elektrolitov uporabljati samo čisto žveplovo kislino in destilirano vodo, tako med proizvodnjo kot med obratovanjem.

Običajno je stopnja samopraznjenja izražena kot odstotek izgube zmogljivosti v določenem časovnem obdobju. Samopraznjenje baterij se šteje za normalno, če ne presega 1% na dan ali 30% kapacitete baterije na mesec.

5. Rok uporabnosti novih baterij. Trenutno proizvajalec avtomobilskih baterij proizvaja samo v suho napolnjenem stanju. Rok uporabnosti baterij brez uporabe je zelo omejen in ne presega 2 let (garancijsko obdobje shranjevanja je 1 leto).

6. Življenjska doba avtomobilskih svinčevih akumulatorjev je najmanj 4 leta, odvisno od obratovalnih pogojev, ki jih določi obrat. V moji praksi je šest baterij služilo štiri leta, ena, najbolj trpežna, pa osem let.

akkumulyator.reglinez.org

Elektromotorna sila akumulatorja - EMF

elektromotor, sila, baterija

Baterija - EMF baterije - Elektromotorna sila

EMF akumulatorja, ki ni povezan z obremenitvijo, je v povprečju 2 volta. Ni odvisna od velikosti baterije in velikosti njenih plošč, ampak jo določa razlika med aktivnimi snovmi pozitivne in negativne plošče. V majhnih mejah se lahko emf razlikuje od zunanjih dejavnikov, pri čemer je gostota elektrolita praktično pomembna, to je večja ali manjša vsebnost kisline v raztopini.

Elektromotorna sila izpraznjene baterije z visoko gostoto elektrolita bo večja od emf napolnjene baterije s šibkejšo raztopino kisline. Zato stopnje napolnjenosti akumulatorja z neznano začetno gostoto raztopine ne bi smeli presojati na podlagi odčitkov instrumenta pri merjenju emf brez povezane obremenitve. Baterije imajo notranji upor, ki ne ostane konstanten, ampak se med polnjenjem in praznjenjem spreminja, odvisno od kemične sestave aktivnih snovi. Eden najbolj očitnih dejavnikov odpornosti akumulatorja je elektrolit. Ker upornost elektrolita ni odvisna samo od njegove koncentracije, temveč tudi od temperature, je odpornost baterije odvisna tudi od temperature elektrolita. Ko temperatura naraste, se upor zmanjša. Prisotnost separatorjev poveča tudi notranjo odpornost elementov. Drug dejavnik, ki poveča odpornost elementov, je odpornost aktivnega materiala in rešetk. Poleg tega stanje napolnjenosti vpliva na upornost baterije. Svinčev sulfat, ki nastane med praznjenjem na pozitivnih in negativnih ploščah, ne prevaja električne energije, njegova prisotnost pa znatno poveča odpornost proti prehodu električnega toka. Sulfat zapira pore ploščic, ko so le-te v napolnjenem stanju in tako preprečuje prost dostop elektrolita do aktivne snovi. Ko je celica napolnjena, je torej njen upor manjši kot v praznjenem stanju.

roadmachine.ru

Elektromotorna sila - baterija - Velika enciklopedija nafte in plina, članek, stran 1

Elektromotorna sila - baterija

Stran 1

Elektromotorna sila akumulatorja, sestavljenega iz dveh vzporednih skupin treh baterij, zaporedno povezanih v vsaki skupini, je 4 5 V, tok v tokokrogu je 1 5 A in napetost 4 2 V.

Elektromotorna sila baterije je 18 V.

Elektromotorna sila baterije, sestavljene iz treh enakih zaporedno povezanih baterij, je 4 2 V. Napetost baterije, ko je zaprta na zunanji upor 20 Ohm, je 4 V.

Elektromotorna sila baterije, sestavljene iz treh enakih baterijsko zaporedno povezanih baterij, je 4 2 V. Napetost baterije, ko je zaprta na zunanji upor 20 ohmov, je 4 V.

Elektromotorna sila akumulatorja treh vzporedno povezanih baterij je 1 5 V, zunanji upor je 2 8 ohmov, tok v tokokrogu je 0 5 A.

Ohm - m; U je elektromotorna sila akumulatorja, V; / - trenutna jakost, A; K - konstantni koeficient naprave.

Zato mora takšna prevleka nujno zmanjšati elektromotorno silo baterije.

Pri vzporednem priključitvi (glej sliko 14) ostane elektromotorna sila baterije približno enaka elektromotorni sili ene celice, vendar se zmogljivost baterije poveča n-krat.

Torej, ko je zaporedno povezanih n enakih tokovnih virov, je elektromotorna sila nastale baterije n-krat večja od elektromotorne sile ločenega tokovnega vira, vendar v tem primeru niso dodane le elektromotorne sile, temveč tudi notranje upornosti tokovnih virov. Takšna vključitev je koristna, kadar je zunanji upor vezja zelo visok v primerjavi z notranjim uporom.

Praktična enota elektromotorne sile se imenuje volt in se malo razlikuje od elektromotorne sile Danielove baterije.

Upoštevajte, da začetni naboj na kondenzatorju in s tem napetost na njem ustvarja elektromotorna sila akumulatorja. Po drugi strani pa začetni odklon telesa ustvari sila, ki deluje od zunaj. Tako ima sila, ki deluje na mehanski nihajni sistem, vlogo, podobno elektromotorni, ki deluje na električni nihajni sistem.

Upoštevajte, da začetni naboj na kondenzatorju in s tem napetost na njem ustvarja elektromotorna sila akumulatorja. Po drugi strani pa začetni odklon telesa ustvari zunanje uporabljena sila. Tako ima sila, ki deluje na mehanski nihajni sistem, vlogo, podobno elektromotorni, ki deluje na električni nihajni sistem.

Upoštevajte, da začetni naboj kondenzatorja in s tem napetost na njem ustvarja elektromotorna sila akumulatorja. Po drugi strani pa začetna deformacija telesa od zunaj nastane z uporabljeno silo. Tako ima sila, ki deluje na mehanski nihajni sistem, vlogo, podobno elektromotorni, ki deluje na električni nihajni sistem.

Strani: 1 2

www.ngpedia.ru

Formula EMF

Tu je delo zunanjih sil, je velikost naboja.

Napetostna enota je V (voltov).

EMF je skalarna veličina. V zaprti zanki je EMF enak delu sil za premikanje podobnega naboja vzdolž celotne zanke. V tem primeru bo tok v tokokrogu in znotraj tokovnega vira tekel v nasprotnih smereh. Zunanje delo, ki ustvarja EMF, ne sme biti električnega izvora (Lorentzova sila, elektromagnetna indukcija, centrifugalna sila, sila, ki nastane med kemičnimi reakcijami). To delo je potrebno za premagovanje odbojnih sil nosilcev toka znotraj vira.

Če v tokokrogu teče tok, je EMR enak vsoti padcev napetosti v celotnem vezju.

Primeri reševanja problemov na temo "Elektromotorna sila"

Namen zaganjalnih baterij
Teoretične osnove pretvorbe kemične energije v električno energijo
Izpraznitev baterije
Polnjenje baterije
Poraba glavnih reagentov, ki tvorijo tok
Elektromotorna sila
Notranji upor
Napetost polnjenja in praznjenja
Kapaciteta baterije
Energija in moč baterije
Samopraznjenje baterije

Namen zaganjalnih baterij

Glavna naloga akumulatorja je zanesljiv zagon motorja. Druga funkcija je odbojnik energije, ko motor deluje. Skupaj s tradicionalnimi vrstami potrošnikov se je pojavilo veliko dodatnih servisnih naprav, ki izboljšujejo udobje voznika in prometno varnost. Akumulator kompenzira primanjkljaj energije med vožnjo v mestnem ciklu s pogostimi in dolgimi postanki, ko generator ne more vedno zagotoviti izhodne moči, ki je potrebna za popolno oskrbo vseh priključenih porabnikov. Tretja delujoča funkcija je napajanje, ko je motor ugasnjen. Dolgotrajna uporaba električnih naprav, medtem ko so parkirani z ugasnjenim motorjem (ali v prostem teku motorja), vodi do globokega praznjenja akumulatorja in močnega zmanjšanja njegovih zagonskih lastnosti.

Baterija je zasnovana tudi za napajanje v sili. V primeru okvare generatorja, usmernika, regulatorja napetosti ali zloma jermena generatorja mora zagotoviti delovanje vseh porabnikov, potrebnih za varen premik do najbližjega bencinskega servisa.

Torej, zagonske baterije morajo izpolnjevati naslednje osnovne zahteve:

Zagotovite izpustni tok, potreben za delovanje zaganjalnika, to pomeni, da imate nizko notranjo upornost za minimalne notranje napetostne izgube v akumulatorju;

Zagotoviti potrebno število poskusov zagona motorja z nastavljenim trajanjem, to je imeti potrebno rezervo energije za praznjenje zaganjalnika;

Imajo dovolj veliko moč in energijo z najmanjšo možno velikostjo in težo;

Imeti rezervo energije za napajanje porabnikov, kadar je motor izključen ali v sili (rezervna zmogljivost);

Ohranite napetost, potrebno za delovanje zaganjalnika, ko temperatura pade v določenih mejah (tok hladnega zagona);

Dolgo ohranite zmogljivost pri povišani (do 70 "C) temperaturi okolice;

Prevzemite odgovornost za obnovitev zmogljivosti, porabljene za zagon motorja in napajanje drugih porabnikov iz generatorja pri delujočem motorju (sprejem polnjenja);

Ne zahtevajo posebnega usposabljanja uporabnikov, vzdrževanja med delovanjem;

Imajo visoko mehansko trdnost, ki ustreza delovnim pogojem;

Med delovanjem (življenjska doba) dolgo časa ohranite določene lastnosti delovanja;

Rahlo se samopraznite;

Imajo nizke stroške.

Teoretične osnove pretvorbe kemične energije v električno energijo

Kemični vir toka je naprava, v kateri se zaradi poteka prostorsko ločenih redoks kemijskih reakcij njihova prosta energija pretvori v električno energijo. Po naravi dela so ti viri razdeljeni v dve skupini:

Primarni kemični viri toka ali galvanske celice;

Sekundarni viri ali električni akumulatorji.

Primarni viri se lahko uporabljajo samo enkrat, saj snovi, ki nastanejo med njihovim praznjenjem, ni mogoče pretvoriti v začetne aktivne snovi. Popolnoma izpraznjena galvanska celica praviloma ni primerna za nadaljnje delo - je nepovraten vir energije.

Sekundarni kemični tokovni viri so reverzibilni viri energije - po poljubno globokem praznjenju lahko njihovo delovanje v celoti obnovimo s polnjenjem. Če želite to narediti, je dovolj, da skozi sekundarni vir električni tok speljete v smeri, nasprotni tisti, v katero je tekel med praznjenjem. Med polnjenjem se bodo snovi, ki nastanejo med praznjenjem, spremenile v prvotne aktivne snovi. Tako se prosta energija kemičnega tokovnega vira večkrat pretvori v električno energijo (praznjenje akumulatorja) in obratna pretvorba električne energije v prosto energijo kemičnega tokovnega vira (polnjenje baterije).

Prehod toka skozi elektrokemijske sisteme je povezan s kemičnimi reakcijami (transformacijami), ki se pojavijo med tem postopkom. Zato obstaja povezava med količino snovi, ki je vstopila v elektrokemično reakcijo in je bila pretvorjena, ter količino porabljene ali sproščene električne energije med tem, kar je ugotovil Michael Faraday.

V skladu s prvim Faradayevim zakonom je masa snovi, ki je vstopila v reakcijo elektrode ali je bila pridobljena kot rezultat njenega pretoka, sorazmerna s količino električne energije, ki je prešla skozi sistem.

Po Faradayevem drugem zakonu so mase enakih količin električne energije, ki prehaja skozi sistem, med seboj povezane kot njihovi kemijski ekvivalenti.

V praksi se elektrokemijska sprememba spremeni v manjši količini snovi kot po Faradayevih zakonih - ko prehaja tok, poleg glavnih elektrokemičnih reakcij pride tudi do vzporednih ali sekundarnih (stranskih) reakcij, ki spremenijo maso izdelkov. Da bi upoštevali vpliv takšnih reakcij, je bil uveden koncept trenutne učinkovitosti.

Trenutna učinkovitost je tisti del količine električne energije, ki gre skozi sistem in predstavlja glavno obravnavano elektrokemično reakcijo.

Izpraznitev baterije

Aktivne snovi napolnjene svinčeno-kislinske baterije, ki sodelujejo v procesu oblikovanja toka, so:

Na pozitivni elektrodi - svinčev dioksid (temno rjava);

Na negativni elektrodi - gobast svinec (siv);

Elektrolit je vodna raztopina žveplove kisline.

Nekatere molekule kislin v vodni raztopini se vedno disociirajo na pozitivno nabite vodikove ione in negativno nabite sulfatne ione.

Svinec, ki je aktivna masa negativne elektrode, se delno raztopi v elektrolitu in v raztopini oksidira, da tvori pozitivne ione. Odvečni elektroni, ki se sprostijo v tem primeru, dajo negativni naboj na elektrodo in se začnejo premikati vzdolž zaprtega odseka zunanjega vezja do pozitivne elektrode.

Pozitivno nabiti svinčevi ioni reagirajo z negativno nabitimi sulfatnimi ioni in tvorijo svinčev sulfat, ki je slabo topen in se zato nalaga na površino negativne elektrode. V procesu praznjenja akumulatorja se aktivna masa negativne elektrode pretvori iz gobastega svinca v svinčev sulfat s spremembo iz sive v svetlo sivo.

Svinčev dioksid pozitivne elektrode se v elektrolitu raztopi v veliko manjši količini kot svinec negativne elektrode. Pri interakciji z vodo se disociira (razpade v raztopini na nabite delce - ione), pri čemer nastanejo četverovalentni svinčeni ioni in hidroksilni ioni.

Ioni dajo pozitiven potencial elektrodi in se s pritrditvijo elektronov, ki prihajajo skozi zunanji krog negativne elektrode, zmanjšajo na dvovalentne svinčeve ione

Ioni v interakciji z ioni tvorijo svinčev sulfat, ki se iz zgoraj navedenega razloga nalaga tudi na površino pozitivne elektrode, tako kot na negativni. Aktivna masa pozitivne elektrode med praznjenjem se pretvori iz svinčevega dioksida v svinčev sulfat s spremembo barve iz temno rjave v svetlo rjavo.

Zaradi praznjenja akumulatorja se aktivni materiali pozitivne in negativne elektrode pretvorijo v svinčev sulfat. V tem primeru se žveplova kislina porabi za tvorbo svinčevega sulfata in iz sproščenih ionov nastane voda, kar vodi do zmanjšanja gostote elektrolita med praznjenjem.

Polnjenje baterije

V elektrolitu obe elektrodi vsebujeta majhne količine svinčevega sulfata in vodnih ionov. Pod vplivom napetosti vira enosmernega toka, v vezju katerega je vključena napolnjena baterija, se v zunanjem vezju vzpostavi usmerjeno gibanje elektronov na negativni priključek akumulatorja.

Dvovalentna svinčena iona na negativni elektrodi nevtralizirata (zmanjšata) prihajajoča dva elektrona in pretvorita aktivno maso negativne elektrode v kovinski gobast svinec. Preostali prosti ioni tvorijo žveplovo kislino

Na pozitivni elektrodi se pod delovanjem polnilnega toka dvovalentni svinčevi ioni predajo dvema elektronoma, ki oksidirajo v tetravalentne. Slednji v vmesnih reakcijah z dvema kisikovima ionoma tvorijo svinčev dioksid, ki se sprosti na elektrodi. Ioni in tako kot na negativni elektrodi tvorijo žveplovo kislino, zaradi česar se med polnjenjem gostota elektrolita poveča.

Ko so procesi pretvorbe snovi v aktivnih masah pozitivne in negativne elektrode končani, se gostota elektrolita neha spreminjati, kar kaže na konec napolnjenosti akumulatorja. Z nadaljnjim nadaljevanjem naboja pride do tako imenovanega sekundarnega procesa - elektrolitske razgradnje vode v kisik in vodik. Sproščeni iz elektrolita v obliki plinskih mehurčkov ustvarjajo učinek njegovega intenzivnega vrenja, kar je tudi znak konca polnilnega procesa.

Poraba glavnih reagentov, ki tvorijo tok

Za doseganje kapacitete ene amper ure, ko se baterija izprazni, je treba v reakciji sodelovati:

4,463 g svinčevega dioksida

3.886 g gobastega svinca

3.660 g žveplove kisline

Skupna teoretična poraba materialov za pridobitev 1 Ah (specifična poraba materialov) električne energije bo 11.989 g / Ah, teoretična specifična zmogljivost pa 83,41 Ah / kg.

Pri nazivni napetosti akumulatorja 2 V je teoretična specifična poraba materiala na enoto energije 5,995 g / Wh, specifična energija baterije pa 166,82 Wh / kg.

V praksi pa je nemogoče doseči polno uporabo aktivnih materialov, ki sodelujejo v postopku oblikovanja toka. Približno polovica površine aktivne mase je nedostopna elektrolitu, saj služi kot osnova za izdelavo volumetričnega poroznega okvirja, ki zagotavlja mehansko trdnost materiala. Zato je dejanska stopnja izkoriščenosti aktivnih mas pozitivne elektrode 45-55%, negativne pa 50-65%. Poleg tega se kot elektrolit uporablja 35-38% raztopina žveplove kisline. Zato je vrednost dejanske specifične porabe materialov veliko višja, realne vrednosti specifične zmogljivosti in specifične energije pa veliko nižje od teoretičnih.

Elektromotorna sila

Elektromotorna sila (EMF) akumulatorja E je razlika med potenciali elektrode, merjeno z odprtim zunanjim vezjem.

EMF baterije, sestavljene iz n zaporedno povezanih baterij.

Razlikovati je treba med ravnotežnim EMF akumulatorja in neravnovesnim EMF akumulatorja v času od odpiranja tokokroga do vzpostavitve ravnotežnega stanja (obdobje prehodnega procesa).

EMF se meri z visokoodpornim voltmetrom (notranji upor najmanj 300 Ohm / V). V ta namen je voltmeter priključen na sponke baterije ali akumulatorja. V tem primeru skozi akumulator (baterija) ne sme teči polnilni ali praznilni tok.

Ravnotežni EMF svinčene baterije je tako kot kateri koli kemični vir toka odvisen od kemijskih in fizikalnih lastnosti snovi, ki sodelujejo v procesu oblikovanja toka, in sploh ni odvisen od velikosti in oblike elektrod ter od količine aktivnih mas in elektrolita. Hkrati je v svinčevi bateriji elektrolit neposredno vključen v postopek tvorjenja toka na baterijskih elektrodah in spreminja svojo gostoto glede na stanje napolnjenosti baterij. Zato je ravnotežni EMF, ki pa je funkcija gostote

Sprememba EMF akumulatorja glede na temperaturo je zelo majhna in jo med delovanjem lahko zanemarimo.

Notranji upor

Odpornost akumulatorja na tok, ki teče v njej (polnjenje ali praznjenje), običajno imenujemo notranji upor akumulatorja.

Odpornost aktivnih materialov pozitivne in negativne elektrode ter odpornost elektrolita se spreminja glede na stanje napolnjenosti akumulatorja. Poleg tega je odpornost elektrolita močno odvisna od temperature.

Zato je omski upor odvisen tudi od stanja napolnjenosti baterije in temperature elektrolita.

Polarizacijski upor je odvisen od jakosti praznjenja (polnilnega) toka in temperature in ne upošteva Ohmovega zakona.

Notranji upor ene baterije in celo baterije, sestavljene iz več zaporedno povezanih baterij, je zanemarljiv in v napolnjenem stanju znaša le nekaj tisočakov Ohma. Vendar se med praznjenjem bistveno spremeni.

Električna prevodnost aktivnih mas se pri pozitivni elektrodi zmanjša za približno 20-krat, pri negativni pa 10-krat. Tudi električna prevodnost elektrolita se spreminja glede na njegovo gostoto. S povečanjem gostote elektrolita z 1,00 na 1,70 g / cm3 se njegova električna prevodnost najprej poveča na največjo vrednost, nato pa spet zmanjša.

Ko se akumulator izprazni, se gostota elektrolita zmanjša z 1,28 g / cm3 na 1,09 g / cm3, kar vodi do zmanjšanja njegove električne prevodnosti za skoraj 2,5-krat. Posledično se s praznjenjem poveča ohmični upor baterije. V izpraznjenem stanju doseže upor več kot 2-kratno vrednost v napolnjenem stanju.

Poleg stanja napolnjenosti na odpornost baterij pomembno vpliva tudi temperatura. Z zniževanjem temperature se odpornost elektrolita poveča in pri temperaturi -40 ° C postane približno 8-krat višja kot pri +30 ° C. Tudi upor separatorjev močno narašča z zniževanjem temperature in se v istem temperaturnem območju poveča skoraj za 4-krat. To je odločilni dejavnik za povečanje notranje odpornosti baterij pri nizkih temperaturah.

Napetost polnjenja in praznjenja

Pri polnjenju akumulatorja mora biti napetost na njegovih sponkah za znesek notranjih izgub večja od njegove EMF.

Na začetku polnjenja pride do skoka napetosti za količino omičnih izgub znotraj akumulatorja, nato pa do močnega povečanja napetosti zaradi polarizacijskega potenciala, ki ga povzroča predvsem hitro povečanje gostote elektrolita v porah aktivne mase. Nadalje pride do počasnega povečanja napetosti, predvsem zaradi povečanja EMR akumulatorja zaradi povečanja gostote elektrolita.

Če nadaljujete s postopkom polnjenja, lahko vidite, da se povečanje gostote elektrolita in polnilna napetost praktično ustavi, saj je skoraj ves svinčev sulfat že reagiral in vsa energija, ki se dovaja v akumulator, se zdaj porabi le za stranski postopek - elektrolitsko razgradnjo vode. To pojasnjuje tudi stalnost polnilne napetosti, ki je eden od znakov konca polnilnega procesa.

Po zaustavitvi polnjenja, to je odklopu zunanjega vira, napetost na sponkah akumulatorja močno pade na vrednost njegove neravnovesne EMF ali na vrednost omičnih notranjih izgub. Nato pride do postopnega zmanjševanja EMR (zaradi zmanjšanja gostote elektrolita v porah aktivne mase), ki se nadaljuje, dokler se koncentracija elektrolita v prostornini akumulatorja in porah aktivne mase popolnoma ne izenači, kar ustreza vzpostavitvi ravnovesnega EMR.

Ko je akumulator prazen, je napetost na njegovih sponkah manjša od EMF za vrednost notranjega padca napetosti.

To povzroči povečanje koncentracije polarizacije, kar vodi do hitrejšega zmanjšanja napetosti praznjenja.

Ko se praznjenje konča, se napetost na sponkah akumulatorja hitro poveča za količino omičnih izgub in doseže vrednost neravnovesnega EMF. Nadaljnja sprememba EMF zaradi izenačevanja koncentracije elektrolitov v porah aktivnih mas in prostornine akumulatorja vodi do postopnega določanja vrednosti ravnotežne EMR.

Napetost akumulatorja med praznjenjem je odvisna predvsem od temperature elektrolita in jakosti praznjenja. Kot smo že omenili, je odpornost svinčeve baterije (akumulatorja) zanemarljiva in je v napolnjenem stanju le nekaj miliohmov. Vendar pri tokih zaganjalnika, katerega moč je 4-7-krat večja od vrednosti nazivne zmogljivosti, notranji padec napetosti pomembno vpliva na napetost praznjenja. Povečanje ohmičnih izgub z zniževanjem temperature je povezano s povečanjem upora elektrolita. Poleg tega se viskoznost elektrolita močno poveča, zaradi česar ga je težko razpršiti v pore aktivne mase in poveča koncentracijsko polarizacijo (to pomeni, da se izguba napetosti v bateriji poveča zaradi zmanjšanja koncentracije elektrolita v porah elektrod).

Pri toku več kot 60 A je odvisnost napetosti praznjenja od jakosti toka pri vseh temperaturah praktično linearna.

Povprečna vrednost napetosti akumulatorja med polnjenjem in praznjenjem se določi kot aritmetično povprečje vrednosti napetosti, izmerjene v rednih intervalih.

Kapaciteta baterije

Kapaciteta akumulatorja je količina električne energije, ki jo baterija izprazni, ko se izprazni na nastavljeno končno napetost. V praktičnih izračunih je zmogljivost baterije običajno izražena v amper urah (Ah). Kapaciteto praznjenja lahko izračunamo tako, da izpustni tok pomnožimo s trajanjem praznjenja.

Kapaciteta praznjenja, za katero je baterija zasnovana in jo označi proizvajalec, se imenuje nazivna zmogljivost.

Poleg tega je pomemben kazalnik tudi zmogljivost, ki jo ima baterija med polnjenjem.

Kapaciteta praznjenja je odvisna od številnih konstrukcijskih in tehnoloških parametrov akumulatorja ter njegovih delovnih pogojev. Najpomembnejši konstrukcijski parametri so količina aktivne mase in elektrolita, debelina in geometrijske mere baterijskih elektrod. Glavni tehnološki parametri, ki vplivajo na zmogljivost akumulatorja, so formulacija aktivnih materialov in njihova poroznost. Delovni parametri - temperatura elektrolita in tok praznjenja - prav tako pomembno vplivajo na zmogljivost praznjenja. Splošni kazalnik, ki označuje učinkovitost baterije, je stopnja izkoriščenosti aktivnih materialov.

Za pridobitev kapacitete 1 Ah, kot je navedeno zgoraj, je teoretično potrebno 4.463 g svinčevega dioksida, 3.886 g spužvastega svinca in 3.66 g žveplove kisline. Teoretična specifična poraba aktivnih mas elektrod je 8,32 g / Ah. Pri pravih baterijah je specifična poraba aktivnih snovi pri 20-urnem načinu praznjenja in temperaturi elektrolita 25 ° C od 15,0 do 18,5 g / Ah, kar ustreza stopnji izkoriščenosti aktivnih mas 45-55%. Posledično praktična poraba aktivne mase presega teoretične vrednosti za dvakrat ali večkrat.

Naslednji glavni dejavniki vplivajo na stopnjo izkoriščenosti aktivne mase in posledično na vrednost izpustne zmogljivosti.

Poroznost aktivne mase. S povečanjem poroznosti se izboljšajo pogoji za difuzijo elektrolita v globino aktivne mase elektrode in poveča se resnična površina, na kateri se pojavi reakcija tvorjenja toka. S povečanjem poroznosti se zmogljivost praznjenja poveča. Količina poroznosti je odvisna od velikosti delcev svinčevega prahu in pripravka za pripravo aktivnih mas ter od uporabljenih dodatkov. Poleg tega povečanje poroznosti vodi do zmanjšanja obstojnosti zaradi pospeševanja procesa uničevanja zelo poroznih aktivnih mas. Zato vrednost poroznosti izberejo proizvajalci, pri čemer ne upoštevajo le visokih kapacitivnih lastnosti, temveč tudi zagotavljajo zahtevano trajnost baterije v obratovanju. Trenutno je optimalna poroznost med 46-60%, odvisno od namena baterije.

Debelina elektrod. Z zmanjšanjem debeline se zmanjša neenakomernost obremenitve zunanje in notranje plasti aktivne mase elektrode, kar prispeva k povečanju izpustne zmogljivosti. Za debelejše elektrode se notranje plasti aktivne mase uporabljajo zelo malo, zlasti pri praznjenju z visokimi tokovi. Zato se s povečanjem praznilnega toka razlike v zmogljivosti baterij z elektrodami različnih debelin močno zmanjšajo.

Poroznost in racionalna zasnova materiala za ločevanje. S povečanjem poroznosti separatorja in višine njegovih reber se dovod elektrolita v medelektrodno režo poveča in pogoji za njegovo difuzijo se izboljšajo.

Gostota elektrolita. Vpliva na zmogljivost baterije in njeno življenjsko dobo. S povečanjem gostote elektrolita se kapacitivnost pozitivnih elektrod poveča, kapacitivnost negativnih, zlasti pri negativnih temperaturah, pa se zaradi pospeševanja pasivizacije površine elektrode zmanjša. Povečana gostota negativno vpliva tudi na življenjsko dobo baterije s pospeševanjem korozivnih procesov na pozitivni elektrodi. Zato je optimalna gostota elektrolitov nastavljena na podlagi kombinacije zahtev in pogojev, v katerih deluje baterija. Tako je na primer za zaganjalne baterije, ki delujejo v zmernem podnebju, priporočena delovna gostota elektrolita 1,26-1,28 g / cm3, za območja z vročim (tropskim) podnebjem pa 1,22-1,24 g / cm3.

Moč praznjenja, s katerim se mora akumulator neprekinjeno prazniti v določenem času (označuje način praznjenja). Načini praznjenja so običajno razdeljeni na dolge in kratke. V dolgoročnih načinih se praznjenje pojavlja pri nizkih tokovih več ur. Na primer 5-, 10- in 20-urne številke. Pri kratkih ali zagonskih praznjenjih je trenutna jakost večkratna od nazivne kapacitete akumulatorja, praznjenje pa traja nekaj minut ali sekund. S povečanjem razelektritvenega toka se stopnja odvajanja površinskih plasti aktivne mase poveča v večji meri kot globoke. Posledično se rast svinčevega sulfata v ustjih pore zgodi hitreje kot v globini in pore se zamašijo s sulfatom, preden ima notranja površina čas za reakcijo. Zaradi konca difuzije elektrolita v pore se reakcija v njem ustavi. Torej, večji je izpustni tok, manjša je zmogljivost akumulatorja in posledično faktor izkoriščenosti aktivne mase.

Za oceno zagonskih lastnosti baterij je njihova zmogljivost označena tudi s številom občasnih praznjenj zaganjalnika (na primer trajanje 10-15 s v intervalih 60 s med njimi). Kapaciteta, ki se ji akumulator odpove med občasno praznjenjem, presega zmogljivost med neprekinjenim praznjenjem z enakim tokom, zlasti v načinu praznjenja zaganjalnika.

Trenutno se v mednarodni praksi ocenjevanja kapacitivnih lastnosti zagonskih baterij uporablja koncept "rezervne" kapacitete. Označuje čas praznjenja akumulatorja (v minutah) pri izpraznjenem toku 25 A, ne glede na nazivno zmogljivost akumulatorja. Po presoji proizvajalca je dovoljeno nastaviti vrednost nazivne zmogljivosti za 20-urni način praznjenja v amper urah ali glede na rezervno zmogljivost v minutah.

Temperatura elektrolita. Z njenim zmanjšanjem se zmogljivost praznjenja baterij zmanjša. Razlog za to je povečanje viskoznosti elektrolita in njegove električne odpornosti, kar upočasni hitrost difuzije elektrolita v pore aktivne mase. Poleg tega se z zniževanjem temperature pospešujejo procesi pasivizacije negativne elektrode.

Temperaturni koeficient kapacitivnosti a prikazuje spremembo kapacitivnosti v odstotkih, ko se temperatura spremeni za 1 ° C.

Med preskusi se zmogljivost praznjenja, dobljena med dolgotrajnim načinom praznjenja, primerja z vrednostjo nazivne prostornine, določene pri temperaturi elektrolita +25 ° C.

Temperatura elektrolita pri določanju kapacitete v načinu dolgotrajnega praznjenja v skladu z zahtevami standardov mora biti v območju od +18 ° С do +27 ° С.

Parametri praznjenja zaganjalnika so ocenjeni s trajanjem praznjenja v minutah in napetostjo na začetku praznjenja. Ti parametri se določijo v prvem ciklu pri + 25 ° C (preverite, ali so baterije napolnjene s suhim polnjenjem) in v naslednjih ciklih pri temperaturah -18 ° C ali -30 ° C.

Stopnja naboja. Z naraščajočim stanjem napolnjenosti se ob enakih pogojih zmogljivost poveča in doseže največjo vrednost, ko so baterije popolnoma napolnjene. To je posledica dejstva, da z nepopolnim nabojem količina aktivnih snovi na obeh elektrodah in gostota elektrolita ne dosežeta svojih največjih vrednosti.

Energija in moč baterije

Energija akumulatorja W je izražena v vatnih urah in je določena z zmnožkom njene zmogljivosti praznjenja (polnjenja) na povprečno napetost praznjenja (polnjenja).

Ker se zmogljivost akumulatorja in njegova izpraznitvena napetost spreminjata s spremembo temperature in načina praznjenja, se z znižanjem temperature in povečanjem praznilnega toka energija akumulatorja zmanjša še bolj kot njegova zmogljivost.

Pri primerjavi kemijskih tokovnih virov, ki se razlikujejo po zmogljivosti, zasnovi in \u200b\u200bcelo v elektrokemičnem sistemu, pa tudi pri določanju smeri njihovega izboljšanja se uporablja indikator specifične energije - energije na enoto mase akumulatorja ali njegove prostornine. Za sodobne svinčeve akumulatorje, ki ne zahtevajo vzdrževanja, je specifična energija pri 20-urnem praznjenju 40-47 Wh / kg.

Količina energije, ki jo oddaja baterija na enoto časa, se imenuje njena moč. Lahko ga definiramo kot zmnožek vrednosti praznilnega toka in povprečne napetosti praznjenja.

Samopraznjenje baterije

Samopraznjenje se imenuje zmanjšanje kapacitete baterij z odprtim zunanjim vezjem, to je z neaktivnostjo. Ta pojav povzročajo redoks procesi, ki se spontano pojavijo tako na negativni kot na pozitivni elektrodi.

Negativna elektroda je še posebej dovzetna za samopraznjenje zaradi spontanega raztapljanja svinca (negativna aktivna masa) v raztopini žveplove kisline.

Prisotnost nečistoč različnih kovin na površini negativne elektrode ima zelo pomemben (katalitični) učinek na povečanje hitrosti samoraztapljanja svinca (zaradi zmanjšanja prenapetosti razvoja vodika). Skoraj vse kovine, ki jih najdemo v obliki nečistoč v akumulatorskih surovinah, elektrolitih in separatorjih ali vnesene v obliki posebnih dodatkov, prispevajo k povečanju samopraznjenja. Ko so na površini negativne elektrode, olajšajo pogoje za razvoj vodika.

Nekatere nečistoče (soli kovin s spremenljivo valenco) delujejo kot nosilci nabojev z ene elektrode na drugo. V tem primeru se kovinski ioni zmanjšajo na negativni elektrodi in oksidirajo na pozitivni (tak mehanizem samopraznjenja pripišemo železovim ionom).

Reakcija povzroči samopraznitev pozitivne aktivne snovi.

2PbO2 + 2H2SO4 -\u003e PbSCU + 2H2O + О2 T.

Hitrost te reakcije se poveča tudi s povečanjem koncentracije elektrolitov.

Ker reakcija poteka s sproščanjem kisika, njegovo hitrost v veliki meri določa prenapetost kisika. Zato bodo dodatki, ki zmanjšajo potencial za nastanek kisika (na primer antimon, kobalt, srebro), povečali hitrost reakcije samoraztapanja svinčevega dioksida. Stopnja samopraznjenja pozitivne aktivne snovi je nekajkrat nižja od stopnje samopraznjenja negativne aktivne snovi.

Drugi razlog za samopraznjenje pozitivne elektrode je potencialna razlika med materialom tokovnega zbiralnika in aktivno maso te elektrode. Galvanski mikroelement, ki je posledica te potencialne razlike, pretvori svinec tokovnega zbiralnika in svinčev dioksid pozitivne aktivne mase v svinčev sulfat, ko tok teče.

Do samopraznjenja lahko pride tudi, če je zunanja stran akumulatorja umazana ali pa je preplavljena z elektrolitom, vodo ali drugimi tekočinami, kar ustvarja možnost praznjenja skozi prevodni film, ki se nahaja med baterijskimi palicami ali mostički. Ta vrsta samopraznjenja se ne razlikuje od običajnega praznjenja z zelo majhnimi tokovi z zaprtim zunanjim vezjem in se zlahka odpravi. Če želite to narediti, naj bo površina baterij čista.

Med delovanjem samopraznjenje ne ostane konstantno in se proti koncu življenjske dobe močno poveča.

Zmanjšanje samopraznjenja je možno zaradi povečanja prenapetosti razvoja kisika in vodika na baterijskih elektrodah.

Za to je najprej treba uporabiti čim bolj čiste materiale za proizvodnjo baterij, zmanjšati količinsko vsebnost legirnih elementov v baterijskih zlitinah, uporabiti samo

čista žveplova kislina in destilirana (ali blizu nje po čistosti z drugimi načini prečiščevanja) voda za pripravo vseh elektrolitov, tako med proizvodnjo kot med obratovanjem. Na primer, zaradi zmanjšanja vsebnosti antimona v zlitini trenutnih pip s 5% na 2% in uporabe destilirane vode za vse tehnološke elektrolite se povprečni dnevni samopraznitev zmanjša za 4-krat. Zamenjava antimona s kalcijem lahko dodatno zmanjša stopnjo samopraznjenja.

Dodatek organskih snovi - zaviralcev samopraznjenja - lahko prispeva tudi k zmanjšanju samopraznjenja.

Uporaba skupnega pokrova in skritih povezav med elementi bistveno zmanjša stopnjo samopraznjenja zaradi uhajalnih tokov, saj je verjetnost galvanske sklopke med oddaljenimi polnimi terminali znatno zmanjšana.

Včasih se samopraznjenje nanaša na hitro izgubo zmogljivosti zaradi kratkega stika v bateriji. Ta pojav je razložen z neposrednim praznjenjem skozi prevodne mostičke, ki nastanejo med nasprotnima elektrodama.

Uporaba ločil za ovojnice v baterijah, ki ne zahtevajo vzdrževanja

odpravlja možnost kratkega stika med nasprotnima elektrodama med delovanjem. Vendar ta možnost ostaja zaradi možnih okvar opreme med serijsko proizvodnjo. Običajno se ta napaka odkrije v prvih mesecih delovanja in baterijo je treba zamenjati v garanciji.

Običajno je stopnja samopraznjenja izražena kot odstotek izgube zmogljivosti v določenem časovnem obdobju.

Trenutni standardi za samopraznjenje označujejo tudi napetost praznjenja zaganjalnika pri -18 ° C po preskusu: neaktivnost 21 dni pri temperaturi +40 ° C.

Baterija(element) - je sestavljen iz pozitivne in negativne elektrode (svinčene plošče) in ločevalnikov, ki ločujejo te plošče, nameščenih v telesu in potopljenih v elektrolit (raztopina žveplove kisline). Akumuliranje energije v akumulatorju poteka med kemijsko oksidacijsko reakcijo - redukcijo elektrod.

Akumulatorska baterija je sestavljen iz 2 ali več zaporedno ali / in vzporedno povezanih odsekov (baterije, celice), ki zagotavljajo potrebno napetost in tok.Lahko akumulira, shranjuje in oddaja električno energijo, zagotavlja zagon motorja in napaja električne naprave, ko motor ne deluje.

Svinčena kislina - akumulatorska baterija, v kateri so elektrode v glavnem svinčene, elektrolit pa je raztopina žveplove kisline.

Aktivna masa- to je sestavni del elektrod, ki se kemično spremeni, ko med praznjenjem naboja prehaja električni tok.

Elektroda - prevodni material, ki lahko ustvari električni tok po reakciji z elektrolitom.

Pozitivna elektroda (anoda) -elektroda (plošča), katere aktivno maso v napolnjeni bateriji sestavlja svinčev dioksid (PbO2).

Negativna elektroda (katoda) -elektroda, katere aktivna masa v napolnjeni bateriji je gobast svinec.

Mreža elektrodesluži za zadrževanje aktivne mase ter za dovajanje in odvajanje toka vanj.

Ločilo - material, ki se uporablja za izolacijo elektrod med seboj.

Pol vodislužijo za napajanje polnilnega toka in za vrnitev pod skupno napetost akumulatorja.

Svinec - (Pb) je kemični element četrte skupine periodičnega sistema D. I. Mendeleeva, serijska številka 82, atomska teža 207,21, valenca 2 in 4. Svinec je modrikasto siva kovina, njegova specifična teža v trdni obliki je 11,3 g / cm 3, se med taljenjem zmanjša, odvisno od temperature. Najbolj kovljiv med kovinami se dobro valja do najtanjše pločevine in ga je enostavno kovati. Svinec je enostavno obdelan in spada med kovine, ki se ne talijo.

Svinčev (IV) oksid (svinčev dioksid) PbO 2 je temno rjav težki prah z nežnim značilnim vonjem ozona.

Antimonje srebrno bela kovina z močnim sijajem, kristalno strukturo. V nasprotju s svincem je trda kovina, vendar zelo krhka in zlahka zdrobljena na koščke. Antimon je veliko lažji od svinca, njegova specifična teža je 6,7 g / cm 3. Voda in šibke kisline ne vplivajo na antimon. Počasi se raztopi v močni klorovodikovi in \u200b\u200bžveplovi kislini.

Celični vtiči pokrijte luknje v pokrovu baterije.

Pokrov centralnega prezračevanjasluži za zapiranje odvoda plina v pokrovu akumulatorja.

Monoblokje ohišje iz polipropilenske baterije, razdeljeno s pregradami v ločene celice.

Destilirana vodadopolnil baterijo, da bi nadomestil izgube akumulatorja zaradi razgradnje ali izhlapevanja vode. Za dolivanje baterij uporabljajte samo destilirano vodo!

Elektrolit je raztopina žveplove kisline v destilirani vodi, ki napolni proste količine celic in prodre v pore aktivne mase elektrod in separatorjev.

Sposoben je voditi električni tok med v njem potopljenimi elektrodami. (Za osrednjo Rusijo z gostoto 1,27-1,28 g / cm3 pri t \u003d + 20 ° С).

Sedeči elektrolit:Da bi zmanjšali nevarnost izlitja elektrolita iz akumulatorja, uporabite sredstva za zmanjšanje njegove tekočine. Elektrolitu lahko dodamo snovi, zaradi katerih se želira. Drug način za zmanjšanje gibljivosti elektrolita je uporaba steklenih preprog kot ločil.

Odprite baterijo - akumulator s čepom z luknjo, skozi katero se doda destilirana voda in odstranijo plinasti proizvodi. Odprtina je lahko opremljena s prezračevalnim sistemom.
Zaprta baterija - akumulator, ki je običajno zaprt, vendar ima napravo, ki omogoča uhajanje plina, kadar notranji tlak preseže nastavljeno vrednost. Običajno je dodatno polnjenje elektrolita v takšno baterijo nemogoče.
Suho napolnjena baterija - akumulator, shranjen brez elektrolita, katerega plošče (elektrode) so v suhem napolnjenem stanju.

Cevasta (oklepna) plošča - pozitivna plošča (elektroda), ki je sestavljena iz niza poroznih cevi, napolnjenih z aktivno maso.

Varnostni ventil - del odzračevalnega čepa, ki v primeru pretiranega notranjega tlaka omogoča uhajanje plina, vendar ne dovoli vstopa zraka v akumulator.

Amperska ura (Ah)je mera električne energije, enaka zmnožku trenutne jakosti v amperih in časa v urah (zmogljivost).

Napetost akumulatorja - potencialna razlika med sponkami akumulatorja med praznjenjem.
Kapaciteta baterije - količina električne energije, ki jo odda popolnoma napolnjena baterija, ko se izprazni, preden doseže končno napetost.

Notranji upor - odpornost na tok skozi element, merjeno v ohmih. Sestavljen je iz odpornosti elektrolita, separatorjev in plošč. Glavna komponenta je odpornost na elektrolite, ki se spreminja s temperaturo in koncentracijo žveplove kisline.

Gostota elektrolitov - epotem značilnost fizičnega telesa, enaka razmerju med njegovo maso in zasedeno prostornino. Izmeri se na primer v kg / l ali g / cm3.

Življenjska doba baterije - obdobje uporabne življenjske dobe baterije pod določenimi pogoji.
Sproščanje plina - plini med elektrolizo elektrolita.

Samopraznjenje - spontana izguba kapacitete baterije, ki miruje. Hitrost samopraznjenja je odvisna od materiala plošče, kemičnih nečistoč v elektrolitu, njegove gostote, čistosti akumulatorja in trajanja njegovega delovanja.

EMF baterije(elektromotorna sila) je napetost na polnih sponkah popolnoma napolnjene akumulatorske baterije, ko je tokokrog odprt, to je takrat, ko sploh ni naboja ali praznjenja.

Cikel - eno zaporedje polnjenja in praznjenja celice.

Tvorba plinov na elektrodah svinčene baterije. Še posebej ga je veliko v zadnji fazi polnjenja svinčeve baterije.

Gel baterije - to so zaprte svinčeno-kislinske baterije (niso zaprte, saj ob odprtju ventilov pride do majhnega izpusta plinov), zaprte, popolnoma brez vzdrževanja (ne napolnjene) z geli podobnim elektrolitom (Dryfit in Gelled Electrolite-Gel tehnologije).

AGM tehnologija (Absorbirana steklena podloga) - vpojne blazinice iz steklenih vlaken.

Donos energije - razmerje med količino energije, ki se preda, ko se baterija izprazni, in količino energije, ki je potrebna za polnjenje v prvotno stanje pod določenimi pogoji. Energijska učinkovitost za kislinske baterije v normalnih pogojih delovanja je 65%, za alkalne pa 55 - 60%.
Specifična energija - energija, ki jo odda baterija med praznjenjem na enoto prostornine V ali mase m, tj. W \u003d W / V ali W \u003d W / m. Specifična energija kislinskih baterij je 7-25, nikelj-kadmij 11-27, nikelj-železo 20-36, srebro-cink 120-130 W * h / kg.

Kratek stik v baterijah se pojavi pri električno povezovanju plošč različne polarnosti.