Основные характеристики свинцового аккумулятора

Электрические характеристики свинцовых аккумуляторов

К основным электрическим характеристикам свинцовых аккумуляторов относятся электродвижущая сила, напряжение, емкость, внутреннее сопротивление, отдача и саморазряд.

Э. д. с. и напряжение. Активные вещества положительных и отрицательных пластин свинцового аккумулятора обладают определенными потенциалами относительно электролита. Большим потенциалом обладает двуокись свинца РЬ0₂, меньшим — губчатый свинец РЬ. В результате возникает разность потенциалов между разноименными полюсами аккумулятора. Эта разность потенциалов при отключенной нагрузке равна э. д. с. аккумулятора. Потенциалы электродов, а значит, и э. д. с. аккумулятора не зависят от количества активных веществ на пластинах. Э. д. с. свинцового аккумулятора главным образом зависит от плотности его электролита: Е = 0,85 + й, где й — плотность электролита в порах активной массы пластин.

У разряженного стационарного аккумулятора й = 1,17 г/см 3 , Е = 0,85 + 1,17 = 2,02 В, у заряженного й = 1,21 г/см 3 , Е = = 0,85 + 1,21 = 2,06 В, т. е. при разряде и заряде э. д. с. свинцового аккумулятора изменяется относительно мало. Поэтому по значению э. д. с. нельзя определить степень разряженности свинцового аккумулятора.

Напряжение аккумулятора при заряде (У₃ = Е + 1₃ г₀, при разряде 1/_р = Е — 1_рг₀, где 1₃, 1_р — соответственно токи заряда и разряда; г₀ — внутреннее сопротивление аккумулятора.

Кривая изменения напряжения свинцового аккумулятора при его заряде током постоянного значения представлена на рис. 213, а. На первом этапе заряда, когда восстанавливаются поверхностные слои активных масс, напряжение аккумулятора увеличивается быстро (до 2,12 В), а затем медленнее (до 2,3 В).

На втором этапе заряда, когда восстанавливаются внутренние слои активных масс, напряжение аккумулятора быстро увеличивается с 2,3 до 2,7 В, после чего заряд прекращают.

Внутренние слои активных масс не соприкасаются с внешним электролитом, что затрудняет их восстановление. Поэтому при напряжении 2,3 В целесообразно уменьшить зарядный ток. Если этого не сделать, то ток, поступающий в аккумулятор, будет использоваться не полностью. Значительная часть этого тока будет разлагать воду электролита на кислород и водород, начнется газовыделение и пластины начнут портиться.

Рис. 213. Кривые изменения напряжения свинцового аккумулятора

При разряде активные массы аккумулятора поглощают из электролита серную кислоту и превращаются в сернокислый свинец РЬ30₄. По мере разряда поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом, затрудняющим проникание серной кислоты к внутренним слоям активных масс. В результате этого снижаются плотность электролита в порах пластин, э. д. с, и напряжение свинцового аккумулятора (рис. 213, б). Разряд аккумулятора обычно заканчивается при напряжении 1,8 В.

При дальнейшем разряде серная кислота почти не проникает к внутренним слоям активных масс, и напряжение аккумулятора быстро падает Кроме этого, глубокие разряды приводят к чрезмерной сульфатации пластин, к повреждению аккумуляторов.

Аккумуляторы можно разряжать токами разного значения. Увеличение разрядного тока приводит к более резкому снижению э. д. с. и напряжения свинцового аккумулятора, и наоборот, снижение разрядного тока позволяет получить от аккумулятора более стабильное напряжение почти на всем интервале времени разряда.

Номинальное напряжение свинцового аккумулятора принимают равным 2 В На напряжения свинцового аккумулятора влияет температура электролита При снижении температуры электролит в аккумуляторе становится более вязким, а его частицы — менее подвижными, Это ухудшает диффузию электролита и вызывает более крутой подъем и спад кривой напряжения.

Емкость. Различают разрядную и зарядную емкости аккумулятора. Разрядной емкостью называют количество электричества, отдаваемое им при разряде до установленного конечного напряжения, которое у стационарных свинцовых аккумуляторов равно 1,8 В при нормальном режиме разряда и 1,75 В — при ускоренном режиме разряда (0,25- 2 ч)

Разрядная емкость — 1_р?_р, где — время разряда.

Зарядную емкость аккумуляторы получают в процессе заряда от других источников электрической энергии.

Разрядная емкость свинцового аккумулятора зависит от числа и формы его активных пластин, режима заряда и разряда, температуры электролита С увеличением количества активных веществ РЬ0₂ и РЬ емкость аккумулятора увеличивается. Активные вещества долж ны быть равномерно распределены по всей поверхности пластин достаточно тонким слоем. При этом условии обеспечивается хороший доступ электролита ко всей массе активных веществ, достигается максимальная разрядная емкость.

При ускоренном заряде активные вещества восстанавливаются не полностью, в результате чего уменьшаются зарядная, а следовательно, и разрядная емкости, В условном обозначении аккумуляторных батарей и в приведенных электрических характеристиках для различных типов аккумуляторов указывают номинальную емкость. Она соответствует определенному разрядному режиму. Номинальную емкость стационарных свинцовых аккумуляторов определяют при 10-часовом разряде до напряжения 1,8 В при температуре электролита +25 °С.

Номинальная емкость стационарного аккумулятора типа С-1 36 А • ч. Этой емкости соответствует разрядный ток 1_р = 36/10 = = 3,6 А. Если изменить разрядный ток или температуру электролита, то изменится и емкость аккумулятора. При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается. Это объясняется тем, что при больших разрядных токах поверхностные слои активных масс быстро переходят в сернокислый свинец РЬ30₄, который ограничивает доступ электролита к внутренним слоям активных веществ, не позволяет отдать этим слоям накопленную энергию. В результате этого активные вещества пластин используются не полностью и аккумулятор разряжается до конечного напряжения преждевременно.

Степень использования активных масс аккумулятора характеризуется коэффициентом р₍, который показывает, какую часть номинальной емкости (в процентах) можно получить от аккумулятора при данном режиме разряда. Например, прк разряде током 9 А аккумулятор типа С-1 имеет емкость 27 А • ч, а коэффициент p_t — 27/36X = Ср/Сз — ^р/(^з ^з) •

где ф_р, 1р, 1р — соответственио емкость, ток и время разряда;

0з. 7з. *з — соответственно емкость, ток и время заряда.

Так как во время заряда некоторая часть электричества затрачивается на разложение воды и саморазряд, отдача аккумулятора по емкости меньше единицы. Для стационарных свинцовых аккумуляторов т)з = 0,84-1-0,9. Отношение электрической энергии, отданной

Разряд длительностью, ч

Тип аккумуляторов, для которого можно применять данный режим

Источник

Свинцовые аккумуляторы

Свинцовый аккумулятор — это источник питания, конструкция которого осталась неизменной со времени его изобретения. Основное предназначение аккумуляторной батареи – оказать помощь при пуске двигателя и обеспечить питанием бортовую сеть автомобиля при неработающем двигателе. Сама аккумуляторная батарея электрический ток не вырабатывает – за счет химической реакции она его накапливает.

Иногда мы задаемся вопросом — что внутри автомобильного аккумулятора? А внутри — кислотный электролит, содержащий серную кислоту и свинцовые пластины. Это конечно упрощённо, далее расскажем поподробней.

Автомобильный аккумулятор является вторичным гальваническим элементом. Внимательное изучение его свойств и устройства поможет правильно выбрать необходимый нам продукт при покупке.

Что же такое гальванические элементы

Гальванический элемент — прибор, который преобразует химическую энергию в энергию электрическую. Главными составными частями любого гальванического элемента являются два электрода — катод и анод, размещенные в сосуде из не проводящего ток материала и заполненного электролитом.

Все многообразие применяемых гальванических элементов можно разделить на два главных типа: первичные элементы и вторичные элементы.

К числу первичных элементов относятся, например, всем известные так называемые «сухие» элементы. К вторичным элементам относятся аккумуляторные батареи всех типов. Различие между типами элементов обусловливается характером химических реакций, протекающих в них при эксплуатации.

Во вторичных элементах происходящие химические реакции обратимые. Отработавшая или разряженная АКБ может быть восстановлена (заряжена), если пропускать через неё постоянный электрический ток в обратном направлении. В процессе заряда электрическая энергия преобразуется в химическую. При следующем цикле разряда происходит обратная реакция.

Типы автомобильных аккумуляторов

Типы аккумуляторов бывают обслуживаемые и необслуживаемые.

У обслуживаемого аккумулятора можно:

• физически просто выкрутить пробки с банок;
• визуально определить уровень электролита и состояние свинцовых пластин;
• замерить плотность, кипение электролита при заряде;
• при необходимости добавить дистиллированную воду.

Если говорить языком автомобилиста – «добраться до внутренностей». Мы можем делать с аккумулятором все что захотим.

Но обслуживаемые АКБ имеют ряд недостатков:

• из-за негерметичности батареи в процессе эксплуатации электролит может выкипать, что приводит к снижению его уровня и, как следствие, падает ёмкость, итог – проблемы с запуском автомобиля;
• испарение воды приводит к повышению плотности электролита, следствием чего является разрушение пластин;
• необходимо постоянно контролировать уровень электролита;
• при нагревании электролита на внешней крышке аккумулятора (в местах расположения пробок) образуется специфический белый налет, что может привести к замыканию клемм и преждевременному частичному разряду.

Все эти недостатки – проблемы прошедших лет. Изобретатели долгие годы трудились над решением этих проблем и, наконец, нашли выход из положения – сделали аккумулятор необслуживаемым.

Отличительной чертой является отсутствие пробок на верхней крышке и как бы вы не хотели заглянуть внутрь – ничего не получится. Он стал полностью герметичным.

Какие достоинства у данного типа?

• при нагревании электролита испаряемая жидкость в виде конденсата оседает на внутренних стенках батареи и стекает вниз.
• АКБ можно кантовать как угодно, не боясь пролива электролита.
• решена главная проблема – пластины всегда находятся в электролите.

Но без недостатков не бывает ни одного устройства.

На необслуживаемых батареях перемычки между банками расположены внутри корпуса. Проверить напряжение на банках практически невозможно.

На необслуживаемые аккумуляторы начали устанавливать так называемые «клапаны аварийного сброса давления». Срабатывает он в экстренных случаях, когда происходит сильный перезаряд. Наружу выходит часть испаряемого электролита, но вот обратно добавить его в батарею возможность отсутствует напрочь. Несколько перезарядов и как итог – батарея теряет ёмкость.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Наверняка более 90% автомобилистов знают об устройстве своего аккумулятора только из школьных уроков физики. Да в повседневной жизни это уже и не требуется. Купил – установил – забыл.

Характеристики аккумуляторных батарей, на которые обращают внимание автомобилисты при его выборе: тип батареи (обслуживаемая или безуходная), электрическая ёмкость батареи, номинальное напряжение батареи, саморазряд.

Термин «электрическая ёмкость АКБ» означает количество электричества, отдаваемого аккумулятором при разряде. Ёмкость определяется в ампер-часах.

Разрядная ёмкостью СР — количество электричества в ампер-часах, получаемое при разряде аккумулятора до допустимого напряжения. Разрядную ёмкость определяют исходя из формуле:

Ёмкость САБ существенным образом зависит от температуры электролита, особенно на стартерных режимах разряда.

Ёмкость аккумулятора может быть выражена двояко: в амперчасах или в ваттчасах. Термин «ёмкость» обозначает то количество электричества, которое можно получить от данного источника питания. Ёмкость же в ваттчасах есть мера энергии или способности производить работу.

При определении емкости какой-либо аккумуляторной батареи необходимо отмечать режим, при котором производится разряд, температуру и конечное напряжение. Ёмкость аккумулятора в основном определяется тремя факторами: разряд, температура и конечное напряжение, а при маркировке устанавливается в амперчасах.

Стандартной величиной номинального напряжения одного элемента аккумулятора является 2 вольта. Для легковых автомобилей выпускают аккумуляторы с напряжением 12в., а на грузовых применяют с напряжением 24в. Для специальной техники могут изготавливаться АКБ с напряжением, установленным производителем.

Самопроизвольный разряд аккумулятора – потеря емкости в процессе хранения, отключения внешних потребителей, температурного режима эксплуатации и качества ТО. При этом его рабочие характеристики снижаются.

Экспериментально установлено, что для свинцово-кислотных АКБ величина саморазряда варьируется от 1,5 до 3% в месяц.

Одной из причин повышенного саморазряда обслуживаемых аккумуляторов является применение не дистиллированной воды, содержащей примеси железа, хлора и различных солей.

Также при переворачивании батареи или сильной тряске происходит осыпание активного вещества с пластин.

Заглянем что внутри?

Принципиально конструкция аккумуляторов осталась неизменной со времени их изобретения: свинцовые пластины и кислота. Внутреннее пространство заполнено электролитом, состоящим из 38%-ной серной кислоты и дистиллированной воды. В каждой батарее отрицательные и положительные электроды чередуются. Между пластинами размещаются пластмассовые сепараторы. Все перемычки между элементами и батареями изготовлены из свинца.

Разберемся в конструкции АКБ подробней

Устройство автомобильного аккумулятора простое: ёмкость для размещения электродов, пластин, сепараторов и крышки. В обслуживаемых в крышке предусмотрены горловины для заливки электролита и закручивающиеся пробки. Они позволяют при необходимости доливать дистиллированную воду.

Корпуса батарей изготавливают из прочного полипропилена.

Материал корпуса не токопроводящий и химически стоек к серной кислоте. По нижнему краю корпуса предусмотрена отбортовка для жесткого крепления в автомобиле, чтобы исключить удары и падения.

Вентиляционные (лабиринтные) пробки используются в обслуживаемых батареях. Они предохраняют от выноса и выплескивания электролита, но обеспечивают свободный выход газа. В качестве лабиринтного наполнителя могут использоваться гранулы полиэтилена.

Чтобы исключить неправильное подключение батареи к бортовой сети автомобиля, свинцовые клеммные выводы отличаются по размерам, и чём вкратце описано в статье про виды аккумуляторов.

Практически все виды свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторов неремонтопригодны.

Принцип работы автомобильного аккумулятора

Принцип работы аккумулятора в автомобиле основан на процессах двух видов. При подключении к батарее потребителей (стартер, фары, приборы панели управления автомобили и др.) происходит её разряд.

При этом химическая энергия превращается в электрическую, которая, в свою очередь, может быть превращена в тепловую, механическую и световую.

Если к такому источнику питания подключить электродвигатель, то часть электроэнергии превратится в механическую, а какая-то — в тепловую.

При заряде происходит обратный процесс — электрическая энергия преобразуется в химическую.

Во время заряда на пластинах- катоде, аноде и в электролите образуются те вещества, которые вступают в электрохимическую реакцию при разряде. Химические реакции при заряде идут в обратном направлении по сравнению с химическими реакциями при разряде. Этим и объясняется то, что АКБ называют обратимым источником тока, его работа носит циклический характер: разряд-заряд.

Как заряжать аккумулятор автомобиля?

Способов зарядки существует великое множество.

Зарядка аккумуляторных батарей производится постоянно при работающем двигателе или специальным зарядным устройством.

Для заряда аккумулятора заводской готовности его нужно залить электролитом и выдержать требуемое для пропитки время, после чего подключить к зарядному устройству. Положительный полюс батареи необходимо соединить с положительным полюсом ЗУ, а отрицательный — с отрицательным. Начать заряд можно при условии, что температура электролита в банках не выше 30°С в холодной и не выше 35°С в жаркой и теплой влажной зонах, в противном случае ему надо дать остыть.

Сам процесс заряда подробно расписан в инструкциях к зарядным устройствам. О зарядке кальциевых батарей Вы можете почитать тут.

В заключение можно отметить, что практически все виды свинцово-кислотных автомобильных АКБ не ремонтопригодны.

В настоящее время вышедшие из строя АКБ, в лучшем случае, умельцы выжигают на кострах с целью получения свинца. А в основном отработавшие батареи сдают в пункты приема цветных металлов или обменивают на новые с доплатой.

Источник