Fórmula de batería eds. EMF y voltaje de una batería de plomo. Medición de campos electromagnéticos de batería

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La EMF (fuerza electromotriz) de la batería es la diferencia en los potenciales de los electrodos en ausencia de un circuito externo. El potencial de electrodo es la suma del potencial de electrodo de equilibrio. Caracteriza el estado del electrodo en reposo, es decir, la ausencia de procesos electroquímicos, y el potencial de polarización, que se define como la diferencia de potencial del electrodo durante la carga (descarga) y en ausencia de circuito.

proceso de difusión.

Debido al proceso de difusión, la igualación de la densidad del electrolito en la cavidad de la caja de la batería y en los poros de la masa activa de las placas, la polarización del electrodo se puede mantener en la batería cuando se apaga el circuito externo.

La velocidad de difusión depende directamente de la temperatura del electrolito, a mayor temperatura, más rápido se lleva a cabo el proceso y puede variar mucho en el tiempo, desde dos horas hasta un día. La presencia de dos componentes del potencial de electrodo en condiciones transitorias condujo a la división en EMF de equilibrio y no equilibrio de la batería El contenido y la concentración de iones de sustancias activas en el electrolito, así como la química y propiedades físicas sustancias activas El papel principal en la magnitud del EMF lo juega la densidad del electrolito y la temperatura prácticamente no lo afecta. La dependencia de EMF en la densidad se puede expresar mediante la fórmula:

E \u003d 0.84 + p Donde E es la fem de la batería (B) P es la densidad del electrolito reducido a una temperatura de 25 g. С (g/cm3) Esta fórmula es válida para la densidad de trabajo del electrolito en el rango de 1,05 - 1,30 g/cm3. EMF no puede caracterizar el grado de rarefacción de la batería directamente. Pero si lo mide en las conclusiones y lo compara con la densidad calculada, entonces puede, con cierto grado de probabilidad, juzgar el estado de las placas y la capacidad. En reposo, la densidad del electrolito en los poros de los electrodos y la cavidad del monobloque son iguales e iguales al resto EMF. Al conectar consumidores o una fuente de carga, la polarización de las placas y la concentración de electrolito en los poros de los electrodos cambian. Esto conduce a un cambio en el EMF. Cuando se carga, el valor de EMF aumenta y cuando se descarga, disminuye. Esto se debe a un cambio en la densidad del electrolito, que interviene en los procesos electroquímicos.

La fem de la batería no es igual al voltaje de la batería, que depende de la presencia o ausencia de carga en sus terminales.

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admin 25/07/2011 "Si el artículo le resultó útil, comparta un enlace en las redes sociales"

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fuerza electromotriz de la batería

¿Es posible juzgar con precisión el grado de carga de la batería por el EMF?

La fuerza electromotriz (EMF) de una batería es la diferencia en sus potenciales de electrodo, medida con un circuito externo abierto:

Å = φ+ – φ–

donde φ+ y φ– son, respectivamente, los potenciales de los electrodos positivo y negativo con un circuito externo abierto.

EMF de una batería que consta de n baterías conectadas en serie:

A su vez, el potencial de electrodo en un circuito abierto generalmente consiste en el potencial de electrodo de equilibrio, que caracteriza el estado de equilibrio (estacionario) del electrodo (en ausencia de procesos transitorios en el sistema electroquímico) y el potencial de polarización.

Este potencial se define generalmente como la diferencia entre el potencial del electrodo durante la descarga o carga y su potencial en el estado de equilibrio en ausencia de corriente. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el estado de la batería inmediatamente después de apagar la corriente de carga o descarga no es de equilibrio debido a la diferencia en la concentración de electrolitos en los poros de los electrodos y el espacio entre electrodos. Por lo tanto, la polarización del electrodo se retiene en la batería durante bastante tiempo incluso después de que se apaga la corriente de carga o descarga y caracteriza en este caso la desviación del potencial del electrodo del valor de equilibrio debido al proceso transitorio, es decir, principalmente debido a la ecualización por difusión de la concentración de electrolito en la batería desde el momento en que se abre el circuito externo hasta el establecimiento del estado estable de equilibrio en la batería.

La actividad química de los reactivos recogidos en el sistema electroquímico de la batería y, en consecuencia, el cambio en el EMF de la batería depende muy poco de la temperatura. Cuando la temperatura cambia de -30 °C a +50 °C (en el rango de funcionamiento de la batería), la fuerza electromotriz de cada batería en la batería cambia solo 0,04 V y puede despreciarse durante el funcionamiento de la batería.

Con un aumento en la densidad del electrolito, aumenta el EMF. A una temperatura de + 18 ° C y una densidad de 1,28 g / cm3, la batería (es decir, una lata) tiene un EMF de 2,12 V. Una batería de seis celdas tiene un EMF de 12,72 V (6 × 2,12 V \u003d 12 .72 V).

Por EMF es imposible juzgar con precisión el grado de carga de la batería. La EMF de una batería descargada con una densidad electrolítica más alta será mayor que la EMF de una batería cargada, pero con una densidad electrolítica más baja. El valor de la EMF de una batería sana depende de la densidad del electrolito (su grado de carga) y varía de 1,92 a 2,15 V.

Al operar con baterías, al medir el EMF, se puede detectar un mal funcionamiento grave batería(cortocircuito de placas en uno o más bancos, rotura de conductores de conexión entre bancos, etc.).

EMF se mide con un voltímetro de alta resistencia (la resistencia interna del voltímetro no es inferior a 300 Ohm / V). Durante las mediciones, el voltímetro está conectado a los terminales de la batería o batería. ¡En este caso, no debe fluir corriente de carga o descarga a través del acumulador (batería)!

*** La fuerza electromotriz (FEM) es una cantidad física escalar que caracteriza el trabajo de fuerzas externas, es decir, cualquier fuerza de origen no eléctrico que actúe en circuitos cuasi estacionarios de CC o CA. EMF, como el voltaje, se mide en voltios en el Sistema Internacional de Unidades (SI).

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27.3. Reacciones electroquímicas en la batería. Fuerza electromotriz. resistencia interna. Autodescarga. Sulfatación de placa

Si cierra el circuito externo de una batería cargada, aparecerá una corriente eléctrica. En este caso, tienen lugar las siguientes reacciones:

en la placa negativa

en la placa positiva

donde e es la carga del electrón, igual a

Por cada dos moléculas de ácido que se consumen, se forman cuatro moléculas de agua, pero al mismo tiempo se consumen dos moléculas de agua. Por lo tanto, al final, solo se forman dos moléculas de agua. Sumando las ecuaciones (27.1) y (27.2), obtenemos la reacción de descarga final:

Las ecuaciones (27.1) - (27.3) deben leerse de izquierda a derecha.

Cuando la batería se descarga, se forma sulfato de plomo en las placas de ambas polaridades. Tanto las placas positivas como las negativas consumen ácido sulfúrico, mientras que las placas positivas consumen más ácido que las negativas. En las placas positivas se forman dos moléculas de agua. La concentración de electrolito disminuye cuando la batería está descargada, mientras que disminuye en mayor medida en las placas positivas.

Si cambia la dirección de la corriente a través de la batería, la dirección de la reacción química se invertirá. Comenzará el proceso de carga de la batería. Las reacciones de carga en las placas negativa y positiva pueden representarse mediante las ecuaciones (27.1) y (27.2), y la reacción total puede representarse mediante la ecuación (27.3). Estas ecuaciones ahora deben leerse de derecha a izquierda. Al cargar, el sulfato de plomo en la placa positiva se reduce a peróxido de plomo, en la placa negativa, a plomo metálico. Esto crea ácido sulfúrico y la concentración de electrolitos aumenta.

La fuerza electromotriz y el voltaje de la batería dependen de muchos factores, de los cuales los más importantes son el contenido de ácido en el electrolito, la temperatura, la corriente y su dirección, y el grado de carga. La relación entre la fuerza electromotriz, el voltaje y la corriente se puede escribir

san de la siguiente manera:

al alta

donde E0 - EMF reversible; Ep - EMF de polarización; R es la resistencia interna de la batería.

Reversible EMF es el EMF de una batería ideal, en el que se eliminan todos los tipos de pérdidas. En una batería de este tipo, la energía recibida durante la carga se devuelve completamente durante la descarga. La EMF reversible depende solo del contenido de ácido en el electrolito y la temperatura. Se puede determinar analíticamente a partir del calor de formación de los reactivos.

Una batería real está en condiciones cercanas a las ideales si la corriente es despreciable y la duración de su paso también es corta. Estas condiciones se pueden crear equilibrando el voltaje de la batería con algún voltaje externo (estándar de voltaje) utilizando un potenciómetro sensible. El voltaje medido de esta manera se llama voltaje de circuito abierto. Está cerca de la fem reversible. En mesa. 27.1 muestra los valores de este voltaje, correspondientes a la densidad del electrolito de 1.100 a 1.300 (se refiere a una temperatura de 15 °C) y una temperatura de 5 a 30 °C.

Como puede verse en la tabla, a una densidad del electrolito de 1,200, que es común para las baterías estacionarias, y a una temperatura de 25 °C, el voltaje de la batería en circuito abierto es de 2,046 V. Durante la descarga, la densidad del electrolito disminuye ligeramente. La caída de voltaje correspondiente en un circuito abierto es de solo unas pocas centésimas de voltio. El cambio en el voltaje de circuito abierto causado por el cambio de temperatura es insignificante y tiene un interés más teórico.

Si cierta corriente pasa a través de la batería en la dirección de carga o descarga, el voltaje de la batería cambia debido a una caída de voltaje interna y un cambio en el EMF causado por procesos químicos y físicos secundarios en los electrodos y en el electrolito. El cambio en el EMF de la batería, causado por estos procesos irreversibles, se llama polarización. Las principales causas de la polarización en la batería son el cambio en la concentración de electrolito en los poros de la masa activa de las placas en relación a su concentración en el resto del volumen y el consiguiente cambio en la concentración de iones de plomo. Cuando se descarga, se consume ácido, cuando se carga, se forma. La reacción tiene lugar en los poros de la masa activa de las placas, y la entrada o eliminación de moléculas de ácido e iones se produce por difusión. Esto último sólo puede tener lugar si existe una cierta diferencia en las concentraciones de electrolito en la región de los electrodos y en el resto del volumen, que se ajusta en función de la corriente y la temperatura, lo que determina la viscosidad del electrolito. Un cambio en la concentración de electrolitos en los poros de la masa activa provoca un cambio en la concentración de iones de plomo y EMF. Durante la descarga, debido a una disminución en la concentración de electrolitos en los poros, la EMF disminuye, y durante la carga, debido a un aumento en la concentración de electrolitos, la EMF aumenta.

La fuerza electromotriz de polarización siempre está dirigida hacia la corriente. Depende de la porosidad de las placas, corriente y

temperatura. La suma de la FEM reversible y la FEM de polarización, es decir, E0 ± En, es la FEM de la batería bajo FEM actual o dinámica. Cuando está descargada, es menor que la fem reversible, y cuando está cargada, es mayor. El voltaje de la batería bajo corriente difiere del EMF dinámico solo por el valor de la caída de voltaje interno, que es relativamente pequeño. Por lo tanto, el voltaje de una batería energizada también depende de la corriente y la temperatura. La influencia de este último sobre el voltaje de la batería durante la descarga y la carga es mucho mayor que con un circuito abierto.

Si el circuito de la batería se abre durante la descarga, el voltaje de la batería aumentará lentamente hasta el voltaje del circuito abierto debido a la difusión continua del electrolito. Si abre el circuito de la batería durante la carga, el voltaje de la batería disminuirá lentamente hasta el voltaje del circuito abierto.

La desigualdad de concentraciones de electrolitos en la zona de los electrodos y en el resto del volumen distingue el funcionamiento de una batería real de una ideal. Cuando está cargada, la batería se comporta como si contuviera un electrolito muy diluido, y cuando está cargada, se comporta como si contuviera uno muy concentrado. Un electrolito diluido se mezcla constantemente con otro más concentrado, mientras se libera cierta cantidad de energía en forma de calor, que, siempre que las concentraciones sean iguales, podría aprovecharse. Como resultado, la energía que desprende la batería durante la descarga es menor que la energía que recibe durante la carga. La pérdida de energía se produce debido a la imperfección del proceso químico. Este tipo de pérdida es la principal en la batería.

La resistencia interna de la batería. La resistencia interna está formada por las resistencias del marco de placas, masa activa, separadores y electrolito. Este último representa la mayor parte de la resistencia interna. La resistencia de la batería aumenta durante la descarga y disminuye durante la carga, lo que es consecuencia de cambios en la concentración de la solución y el contenido de sulfato.

velo en la masa activa. La resistencia de la batería es pequeña y se nota solo con una gran corriente de descarga, cuando la caída de voltaje interna alcanza una o dos décimas de voltio.

Autodescarga de la batería. La autodescarga es la pérdida continua de energía química almacenada en la batería debido a reacciones laterales en las placas de ambas polaridades, provocadas por impurezas nocivas accidentales en los materiales utilizados o impurezas introducidas en el electrolito durante el funcionamiento. De mayor importancia práctica es la autodescarga causada por la presencia en el electrolito de varios compuestos metálicos que son más electropositivos que el plomo, como el cobre, el antimonio, etc. Los metales se liberan en placas negativas y forman muchos elementos en cortocircuito con placas de plomo. . Como resultado de la reacción, se forman sulfato de plomo e hidrógeno, que se libera sobre el metal contaminado. La autodescarga se puede detectar por una ligera desgasificación en las placas negativas.

En las placas positivas, también se produce la autodescarga debido a la reacción normal entre el plomo base, el peróxido de plomo y el electrolito, lo que da como resultado la formación de sulfato de plomo.

La autodescarga de la batería siempre ocurre: tanto con un circuito abierto como con descarga y carga. Depende de la temperatura y la densidad del electrolito (Fig. 27.2), y con un aumento de la temperatura y la densidad del electrolito, aumenta la autodescarga (la pérdida de carga a una temperatura de 25 ° C y una densidad del electrolito de 1,28 se toma como 100%). Pérdida de capacidad bateria nueva debido a la autodescarga es de aproximadamente 0,3% por día. A medida que la batería envejece, aumenta la autodescarga.

Sulfatación de placa anormal. El sulfato de plomo se forma en placas de ambas polaridades con cada descarga, como se puede ver en la ecuación de reacción de descarga. Este sulfato tiene

la estructura cristalina fina y la corriente de carga se restauran fácilmente en plomo metálico y peróxido de plomo en placas de la polaridad adecuada. Por lo tanto, la sulfatación en este sentido es un fenómeno normal que forma parte integral del funcionamiento de la batería. La sulfatación anormal ocurre si las baterías se descargan en exceso, se descargan sistemáticamente de manera insuficiente o se dejan descargadas e inactivas durante mucho tiempo, así como si se utilizan con una densidad de electrolito excesivamente alta y bajo alta temperatura. En estas condiciones, el sulfato cristalino fino se vuelve más denso, los cristales crecen, expanden en gran medida la masa activa y son difíciles de recuperar cuando se cargan debido a la alta resistencia. Si la batería está inactiva, las fluctuaciones de temperatura contribuyen a la formación de sulfato. A medida que aumenta la temperatura, se disuelven pequeños cristales de sulfato y, a medida que disminuye la temperatura, el sulfato se cristaliza lentamente y los cristales crecen. Como resultado de las fluctuaciones de temperatura, se forman cristales grandes a expensas de los pequeños.

En las placas sulfatadas, los poros se obstruyen con sulfato, el material activo se expulsa de las rejillas y las placas a menudo se deforman. La superficie de las placas sulfatadas se vuelve dura, áspera y cuando se frota

El material de las placas entre los dedos se siente como arena. Las placas positivas de color marrón oscuro se vuelven más claras y aparecen manchas blancas de sulfato en la superficie. Las placas negativas se vuelven duras, de color gris amarillento. La capacidad de la batería sulfatada se reduce.

La sulfatación inicial se puede eliminar mediante una carga prolongada con una corriente ligera. Con una fuerte sulfatación, se necesitan medidas especiales para que las placas vuelvan a la normalidad.

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Parámetros de la batería del coche | Todo sobre las baterías

Veamos los principales parámetros de la batería que necesitamos durante su funcionamiento.

1. La fuerza electromotriz (EMF) de la batería es el voltaje entre los terminales de la batería con un circuito externo abierto (y, por supuesto, en ausencia de fugas). En las condiciones de "campo" (en el garaje), la EMF se puede medir con cualquier probador, antes de quitar uno de los terminales ("+" o "-") de la batería.

La fem de la batería depende de la densidad y la temperatura del electrolito y es completamente independiente del tamaño y la forma de los electrodos, así como de la cantidad de electrolito y masas activas. El cambio en el EMF de la batería con la temperatura es muy pequeño y puede despreciarse durante la operación. Con un aumento en la densidad del electrolito, aumenta el EMF. A una temperatura de más 18 ° C y una densidad de d = 1,28 g / cm3, la batería (es decir, un banco) tiene un EMF de 2,12 V (baterías - 6 x 2,12 V = 12,72 V). La dependencia de la EMF de la densidad del electrolito cuando la densidad cambia entre 1,05 ÷ 1,3 g/cm3 se expresa mediante la fórmula empírica

E=0.84+d, donde

d es la densidad del electrolito a una temperatura de más 18°C, g/cm3.

Por EMF es imposible juzgar con precisión el grado de descarga de la batería. La EMF de una batería descargada con una densidad electrolítica más alta será mayor que la EMF de una batería cargada, pero con una densidad electrolítica más baja.

Al medir el EMF, solo se puede detectar rápidamente un mal funcionamiento grave de la batería (cortocircuito de las placas en uno o más bancos, rotura de los conductores de conexión entre los bancos, etc.).

2. La resistencia interna de la batería es la suma de las resistencias de los terminales, interconectores, placas, electrolito, separadores y la resistencia que se presenta en los puntos de contacto de los electrodos con el electrolito. Cuanto mayor sea la capacidad de la batería (número de placas), menor será su resistencia interna. A medida que baja la temperatura y se descarga la batería, su resistencia interna aumenta. El voltaje de la batería difiere de su EMF por la cantidad de caída de voltaje a través de la resistencia interna de la batería.

Cuando está cargado, U3 \u003d E + I x RВН,

y durante la descarga UP \u003d E - I x RВН, donde

I - corriente que fluye a través de la batería, A;

RВН - resistencia interna de la batería, Ohm;

E - fem de la batería, V.

El cambio de voltaje en la batería durante su carga y descarga se muestra en la Fig. 1.

Figura 1. Cambio en el voltaje de la batería durante la carga y descarga.

1 - el comienzo de la evolución del gas, 2 - carga, 3 - descarga.

Voltaje generador de coche, a partir del cual se carga la batería, es de 14,0 ÷ 14,5 V. En un automóvil, la batería, incluso en el mejor de los casos, en condiciones completamente favorables, permanece con una carga insuficiente del 10 ÷ 20 %. La falla es obra de un generador de auto.

El generador comienza a producir suficiente voltaje para cargar a 2000 rpm o más. pérdidas de balón movimiento inactivo 800÷900 rpm Estilo de conducción en la ciudad: aceleración (duración inferior a un minuto), frenado, parada (semáforo, atasco - duración de 1 minuto a ** horas). La carga va solo durante la aceleración y el movimiento durante bastante altas revoluciones. El resto del tiempo hay una descarga intensiva de la batería (faros, otros consumidores de electricidad, alarmas, las 24 horas).

La situación mejora cuando se conduce fuera de la ciudad, pero no de manera crítica. La duración de los viajes no es tan larga (carga completa de la batería - 12÷15 horas).

En el punto 1 - 14,5 V, comienza la evolución del gas (electrólisis del agua en oxígeno e hidrógeno) y aumenta el consumo de agua. Otro efecto desagradable durante la electrólisis es que aumenta la corrosión de las placas, por lo que no debe permitir que el voltaje supere los 14,5 V durante mucho tiempo en los terminales de la batería.

El voltaje del generador del automóvil (14,0 ÷ 14,5 V) se eligió a partir de condiciones de compromiso: garantizar una carga de batería más o menos normal con una disminución en la formación de gas (disminuye el consumo de agua, disminuye el riesgo de incendio, disminuye la tasa de destrucción de placas).

De lo anterior, podemos concluir que la batería debe ser periódicamente, al menos una vez al mes, completamente recargada por un externo cargador para reducir la sulfatación de la placa y aumentar la vida útil.

El voltaje de la batería cuando se descarga por la corriente de arranque (IP = 2÷5 С20) depende de la fuerza de la corriente de descarga y de la temperatura del electrolito. La Figura 2 muestra las características de voltios-amperios de la batería 6ST-90 a varias temperaturas del electrolito. Si la corriente de descarga es constante (por ejemplo, IP = 3 C20, línea 1), entonces el voltaje de la batería durante la descarga será menor cuanto menor sea su temperatura. Para mantener un voltaje constante durante la descarga (línea 2), es necesario reducir la corriente de descarga al disminuir la temperatura de la batería.

Figura 2. Características de voltios-amperios Batería 6ST-90 a diferentes temperaturas de electrolito.

3. La capacidad de la batería (C) es la cantidad de electricidad que la batería emite cuando se descarga al voltaje más bajo permitido. La capacidad de la batería se expresa en amperios-hora (Ah). Cuanto mayor sea la corriente de descarga, menor será el voltaje al que se puede descargar la batería, por ejemplo, al determinar la capacidad nominal de la batería, la descarga se realiza con una corriente I \u003d 0.05С20 hasta un voltaje de 10.5 V , la temperatura del electrolito debe estar en el rango + (18 ÷ 27) °C, y el tiempo de descarga es de 20 horas, se considera que el fin de la vida útil de la batería ocurre cuando su capacidad es del 40% de C20.

La capacidad de la batería en los modos de arranque se determina a una temperatura de +25°C y corriente de descarga ZS20. En este caso, el tiempo de descarga a una tensión de 6 V (un voltio por batería) debe ser de al menos 3 minutos.

Cuando la batería se descarga con corriente ZS20 (temperatura del electrolito -18 °C), la tensión de la batería 30 s después del inicio de la descarga debe ser de 8,4 V (9,0 V para baterías sin mantenimiento), y después de 150 s no inferior a 6 V. Esta corriente a veces se denomina corriente de arranque en frío o corriente de arranque, puede diferir de ZS20 Esta corriente se indica en la caja de la batería al lado de su capacidad.

Si la descarga se produce con una intensidad de corriente constante, la capacidad de la batería se determina mediante la fórmula

C \u003d I x t donde,

I - corriente de descarga, A;

t - tiempo de descarga, h.

La capacidad de la batería depende de su diseño, número de placas, espesor de las mismas, material del separador, porosidad del material activo, diseño de la matriz de placas y otros factores. En funcionamiento, la capacidad de la batería depende de la intensidad de la corriente de descarga, la temperatura, el modo de descarga (intermitente o continua), el estado de carga y el deterioro de la batería. Con un aumento en la corriente de descarga y el grado de descarga, así como con una disminución de la temperatura, la capacidad de la batería disminuye. A bajas temperaturas, la caída de la capacidad de la batería con un aumento de las corrientes de descarga es especialmente intensa. A una temperatura de -20°C, aproximadamente el 50% de la capacidad de la batería permanece a una temperatura de +20°C.

El estado más completo de la batería muestra solo su capacidad. Para determinar la capacidad real, es suficiente descargar una batería reparable completamente cargada con una corriente I = 0,05 C20 (por ejemplo, para una batería con una capacidad de 55 Ah, I = 0,05 x 55 = 2,75 A). La descarga debe continuar hasta que el voltaje de la batería alcance los 10,5 V. El tiempo de descarga debe ser de al menos 20 horas.

Es conveniente usar lámparas incandescentes de automóvil como carga al determinar la capacidad. Por ejemplo, para proporcionar una corriente de descarga de 2,75 A, en la que el consumo de energía será P \u003d I x U \u003d 2,75 A x 12,6 V \u003d 34,65 W, basta con conectar una lámpara de 21 W y una de 15 W lámpara en paralelo. El voltaje de funcionamiento de las lámparas incandescentes para nuestro caso debe ser de 12 V. Por supuesto, la precisión de establecer la corriente de esta manera es "más o menos un bast shoe", pero para una determinación aproximada del estado de la batería es bastante suficiente, además de barato y asequible.

Al probar baterías nuevas de esta manera, el tiempo de descarga puede ser inferior a 20 horas. Esto se debe al hecho de que ganan la capacidad nominal después de 3÷5 ciclos completos de carga y descarga.

La capacidad de la batería también se puede estimar usando un enchufe de carga. El enchufe de carga consta de dos patas de contacto, un mango, una resistencia de carga conmutable y un voltímetro. Uno de opciones se muestra en la Fig.3.

Fig. 3. Opción de horquilla de carga.

Para probar baterías modernas, en las que solo se dispone de terminales de salida, debe utilizar baterías de 12 voltios. horquillas de carga. La resistencia de carga se elige de manera que la batería se cargue con corriente I = ZC20 (por ejemplo, con una capacidad de batería de 55 Ah, la resistencia de carga debe consumir corriente I = ZC20 = 3 x 55 = 165 A ). El enchufe de carga está conectado en paralelo con los contactos de salida de una batería completamente cargada, se nota un tiempo durante el cual el voltaje de salida cae de 12,6 V a 6 V. Este tiempo para una batería nueva, reparable y completamente cargada debe ser de al menos tres minutos a una temperatura del electrolito de + 25 ° CON.

4. Autodescarga de la batería. La autodescarga es una disminución de la capacidad de las baterías con circuito externo abierto, es decir, con inactividad. Este fenómeno es causado por procesos redox que ocurren espontáneamente tanto en los electrodos negativos como en los positivos.

El electrodo negativo es especialmente susceptible a la autodescarga debido a la disolución espontánea de plomo (masa activa negativa) en una solución de ácido sulfúrico.

La autodescarga del electrodo negativo va acompañada del desprendimiento de hidrógeno gaseoso. La tasa de disolución espontánea de plomo aumenta significativamente con el aumento de la concentración de electrolitos. Un aumento en la densidad del electrolito de 1,27 a 1,32 g/cm3 conduce a un aumento en la tasa de autodescarga del electrodo negativo en un 40 %.

La autodescarga también puede ocurrir cuando el exterior de la batería está sucio o inundado con electrolito, agua u otros líquidos que permiten la descarga a través de la película eléctricamente conductora ubicada entre los terminales de la batería o sus puentes.

La autodescarga de las baterías depende en gran medida de la temperatura del electrolito. Con la disminución de la temperatura, la autodescarga disminuye. A temperaturas por debajo de 0°C, las baterías nuevas prácticamente se paran. Por lo tanto, se recomienda almacenar las baterías cargadas a bajas temperaturas (hasta -30 °C). Todo esto se muestra en la Fig.4.

Figura 4. Dependencia de la autodescarga de la batería en la temperatura.

Durante el funcionamiento, la autodescarga no permanece constante y aumenta considerablemente hacia el final de la vida útil.

Para reducir la autodescarga, es necesario utilizar los materiales más puros posibles para la producción de baterías, utilizar solo ácido sulfúrico puro y agua destilada para la preparación del electrolito, tanto durante la producción como durante la operación.

Por lo general, el grado de autodescarga se expresa como un porcentaje de pérdida de capacidad durante un período de tiempo específico. La autodescarga de las baterías se considera normal si no supera el 1 % por día o el 30 % de la capacidad de la batería por mes.

5. Vida útil de las pilas nuevas. Actualmente, el fabricante produce las baterías de automóviles solo en un estado de carga seca. La vida útil de las baterías sin funcionamiento es muy limitada y no supera los 2 años (el período de garantía de almacenamiento es de 1 año).

6. La vida útil de las baterías de plomo-ácido para automóviles es de al menos 4 años, sujeto a las condiciones de operación establecidas por la planta. Según mi experiencia, seis pilas han servido durante cuatro años, y una, la más resistente, durante ocho años.

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La fuerza electromotriz de la batería - EMF

electromotriz, energía, batería

Batería - Batería EMF - Fuerza electromotriz

La fem de una batería no conectada a la carga es en promedio de 2 voltios. No depende del tamaño de la batería y del tamaño de sus placas, sino que está determinado por la diferencia en las sustancias activas de las placas positiva y negativa. Dentro de pequeños límites, la fem puede variar debido a factores externos, de los cuales la densidad del electrolito, es decir, mayor o menor contenido de ácido en la solución, es de importancia práctica. La fuerza electromotriz de una batería descargada que contiene un electrolito alta densidad, habrá más fem de una batería cargada con una solución de ácido más débil. Por lo tanto, el grado de carga de una batería con una densidad inicial desconocida de la solución no debe juzgarse sobre la base de las lecturas del dispositivo al medir la fem sin una carga conectada. Las baterías tienen una resistencia interna que no permanece constante, sino que cambia durante la carga y descarga, dependiendo de la composición química de las sustancias activas. Uno de los factores más obvios en la resistencia de la batería es el electrolito. Dado que la resistencia del electrolito no solo depende de su concentración, sino también de la temperatura, la resistencia de la batería también depende de la temperatura del electrolito. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia disminuye. La presencia de separadores también aumenta la resistencia interna de los elementos. Otro factor que aumenta la resistencia de los elementos es la resistencia del material activo y las rejillas. Además, el estado de carga afecta la resistencia de la batería. El sulfato de plomo, formado durante la descarga tanto en la placa positiva como en la negativa, no conduce la electricidad y su presencia aumenta considerablemente la resistencia al paso de la corriente eléctrica. El sulfato cierra los poros de las placas cuando están en estado cargado, y por tanto impide el libre acceso del electrolito al material activo. Por tanto, cuando el elemento está cargado, su resistencia es menor que en estado descargado.

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Fuerza electromotriz - batería - The Big Encyclopedia of Oil and Gas, artículo, página 1

Fuerza electromotriz - batería

Página 1

La fuerza electromotriz de una batería que consta de dos grupos paralelos de tres baterías conectadas en serie en cada grupo es de 4 5 V, la corriente en el circuito es de 1 5 A, el voltaje es de 4 2 V.

La fuerza electromotriz de la batería es de 18 V.

La fuerza electromotriz de una batería que consta de tres baterías idénticas conectadas en serie es de 4 2 V. El voltaje de la batería cuando se cierra a una resistencia externa de 20 ohmios es de 4 V.

La fuerza electromotriz de una batería que consta de tres baterías idénticas conectadas en serie es de 4 2 V. El voltaje de la batería cuando está en cortocircuito con una resistencia externa de 20 ohmios es de 4 V.

La fuerza electromotriz de una batería de tres baterías conectadas en paralelo es de 1 5 V, la resistencia externa es de 2 8 ohmios, la corriente en el circuito es de 0 5 A.

ohmio-m; U es la fuerza electromotriz de la batería, V; / - fuerza actual, A; K - coeficiente constante del dispositivo.

Por lo tanto, tal recubrimiento debe necesariamente reducir la fuerza electromotriz de la batería.

En coneccion paralela(ver Fig. 14) la fuerza electromotriz de la batería permanece aproximadamente igual a la fuerza electromotriz de una celda, pero la capacidad de la batería aumenta por un factor de n.

Entonces, en conexión secuencial En fuentes de corriente idénticas, la fuerza electromotriz de la batería resultante es n veces mayor que la fuerza electromotriz de una fuente de corriente separada, sin embargo, en este caso, no solo se suman las fuerzas electromotrices, sino también las resistencias internas de las fuentes de corriente. Tal inclusión es ventajosa cuando la resistencia externa del circuito es muy alta en comparación con la resistencia interna.

La unidad práctica de fuerza electromotriz se llama voltio y difiere poco de la fuerza electromotriz de la batería de Daniel.

Tenga en cuenta que la carga inicial del capacitor y, por lo tanto, el voltaje a través de él, es creada por la fuerza electromotriz de la batería. Por otro lado, la deflexión inicial del cuerpo es creada por una fuerza aplicada externamente. Así, la fuerza que actúa sobre un sistema oscilatorio mecánico juega un papel similar a la fuerza electromotriz que actúa sobre un sistema oscilatorio eléctrico.

Tenga en cuenta que la carga inicial del capacitor y, por lo tanto, el voltaje a través de él, es creada por la fuerza electromotriz de la batería. Por otro lado, la deflexión inicial del cuerpo es creada por un silón aplicado externamente. Así, la fuerza que actúa sobre un sistema oscilatorio mecánico juega un papel similar a la fuerza electromotriz que actúa sobre un sistema oscilatorio eléctrico.

Tenga en cuenta que la carga inicial del capacitor y, por lo tanto, el voltaje a través de él, es creada por la fuerza electromotriz de la batería. Por otro lado, la deflexión inicial del cuerpo se crea desde el exterior por la fuerza aplicada. Así, la fuerza que actúa sobre un sistema oscilatorio mecánico juega un papel similar a la fuerza electromotriz que actúa sobre un sistema oscilatorio eléctrico.

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fórmula CEM

Aquí, es el trabajo de las fuerzas externas y es la magnitud de la carga.

La unidad de voltaje es V (voltio).

EMF es una cantidad escalar. En un circuito cerrado, la FEM es igual al trabajo de las fuerzas para mover una carga similar alrededor de todo el circuito. En este caso, la corriente en el circuito y dentro de la fuente de corriente fluirá en direcciones opuestas. El trabajo externo que crea el CEM debe ser de origen no eléctrico (fuerza de Lorentz, inducción electromagnética, fuerza centrífuga, fuerza que surge durante las reacciones químicas). Este trabajo es necesario para superar las fuerzas repulsivas de los portadores de corriente dentro de la fuente.

Si la corriente fluye en el circuito, entonces la EMF es igual a la suma de las caídas de voltaje en todo el circuito.

Ejemplos de resolución de problemas sobre el tema "Fuerza electromotriz"

Si cierra el circuito externo de una batería cargada, aparecerá una corriente eléctrica. En este caso, tienen lugar las siguientes reacciones:

en la placa negativa

en la placa positiva

Dónde mi- la carga de un electron es

Por cada dos moléculas de ácido que se consumen, se forman cuatro moléculas de agua, pero al mismo tiempo se consumen dos moléculas de agua. Por lo tanto, al final, solo se forman dos moléculas de agua. Sumando las ecuaciones (27.1) y (27.2), obtenemos la reacción de descarga final:

Las ecuaciones (27.1) - (27.3) deben leerse de izquierda a derecha.

Cuando la batería se descarga, se forma sulfato de plomo en las placas de ambas polaridades. Tanto las placas positivas como las negativas consumen ácido sulfúrico, mientras que las placas positivas consumen más ácido que las negativas. En las placas positivas se forman dos moléculas de agua. La concentración de electrolito disminuye cuando la batería está descargada, mientras que disminuye en mayor medida en las placas positivas.

Si cambia la dirección de la corriente a través de la batería, la dirección de la reacción química se invertirá. Comenzará el proceso de carga de la batería. Las reacciones de carga en las placas negativa y positiva pueden representarse mediante las ecuaciones (27.1) y (27.2), y la reacción total puede representarse mediante la ecuación (27.3). Estas ecuaciones ahora deben leerse de derecha a izquierda. Al cargar, el sulfato de plomo en la placa positiva se reduce a peróxido de plomo, en la placa negativa, a plomo metálico. En este caso, se forma ácido sulfúrico y aumenta la concentración del electrolito.

La fuerza electromotriz y el voltaje de la batería dependen de muchos factores, de los cuales los más importantes son el contenido de ácido en el electrolito, la temperatura, la corriente y su dirección, y el grado de carga. La relación entre la fuerza electromotriz, el voltaje y la corriente se puede escribir

san de la siguiente manera:

al alta

Dónde mi 0 - campos electromagnéticos reversibles; mi p - EMF de polarización; R - Resistencia interna de la batería.

Reversible EMF es el EMF de una batería ideal, en el que se eliminan todos los tipos de pérdidas. En una batería de este tipo, la energía recibida durante la carga se devuelve completamente durante la descarga. La EMF reversible depende solo del contenido de ácido en el electrolito y la temperatura. Se puede determinar analíticamente a partir del calor de formación de los reactivos.

Una batería real está en condiciones cercanas a las ideales si la corriente es despreciable y la duración de su paso también es corta. Estas condiciones se pueden crear equilibrando el voltaje de la batería con algún voltaje externo (estándar de voltaje) utilizando un potenciómetro sensible. El voltaje medido de esta manera se llama voltaje de circuito abierto. Está cerca de la fem reversible. En mesa. 27.1 muestra los valores de este voltaje, correspondientes a la densidad del electrolito de 1.100 a 1.300 (se refiere a una temperatura de 15 °C) y una temperatura de 5 a 30 °C.

Como puede verse en la tabla, a una densidad del electrolito de 1,200, que es común para las baterías estacionarias, y a una temperatura de 25 °C, el voltaje de la batería en circuito abierto es de 2,046 V. Durante la descarga, la densidad del electrolito disminuye ligeramente. La caída de voltaje correspondiente en un circuito abierto es de solo unas pocas centésimas de voltio. El cambio en el voltaje de circuito abierto causado por el cambio de temperatura es insignificante y tiene un interés más teórico.

Si cierta corriente pasa a través de la batería en la dirección de carga o descarga, el voltaje de la batería cambia debido a una caída de voltaje interna y un cambio en el EMF causado por procesos químicos y físicos secundarios en los electrodos y en el electrolito. El cambio en el EMF de la batería, causado por estos procesos irreversibles, se llama polarización. Las principales causas de la polarización en la batería son el cambio en la concentración de electrolito en los poros de la masa activa de las placas en relación a su concentración en el resto del volumen y el consiguiente cambio en la concentración de iones de plomo. Cuando se descarga, se consume ácido, cuando se carga, se forma. La reacción tiene lugar en los poros de la masa activa de las placas, y la entrada o eliminación de moléculas de ácido e iones se produce por difusión. Esto último sólo puede tener lugar si existe una cierta diferencia en las concentraciones de electrolito en la región de los electrodos y en el resto del volumen, que se ajusta en función de la corriente y la temperatura, lo que determina la viscosidad del electrolito. Un cambio en la concentración de electrolitos en los poros de la masa activa provoca un cambio en la concentración de iones de plomo y EMF. Durante la descarga, debido a una disminución en la concentración de electrolitos en los poros, la EMF disminuye, y durante la carga, debido a un aumento en la concentración de electrolitos, la EMF aumenta.

La fuerza electromotriz de polarización siempre está dirigida hacia la corriente. Depende de la porosidad de las placas, corriente y

temperatura. La suma de la FEM reversible y la FEM de polarización, es decir mi 0 ± mi PAG , representa el EMF de la batería bajo EMF actual o dinámico. Cuando está descargada, es menor que la fem reversible, y cuando está cargada, es mayor. El voltaje de la batería bajo corriente difiere del EMF dinámico solo por el valor de la caída de voltaje interno, que es relativamente pequeño. Por lo tanto, el voltaje de una batería energizada también depende de la corriente y la temperatura. La influencia de este último sobre el voltaje de la batería durante la descarga y la carga es mucho mayor que con un circuito abierto.

Si el circuito de la batería se abre durante la descarga, el voltaje de la batería aumentará lentamente hasta el voltaje del circuito abierto debido a la difusión continua del electrolito. Si abre el circuito de la batería durante la carga, el voltaje de la batería disminuirá lentamente hasta el voltaje del circuito abierto.

La desigualdad de concentraciones de electrolitos en la zona de los electrodos y en el resto del volumen distingue el funcionamiento de una batería real de una ideal. Cuando está cargada, la batería se comporta como si contuviera un electrolito muy diluido, y cuando está cargada, se comporta como si contuviera uno muy concentrado. Un electrolito diluido se mezcla constantemente con otro más concentrado, mientras se libera cierta cantidad de energía en forma de calor, que, siempre que las concentraciones sean iguales, podría aprovecharse. Como resultado, la energía que desprende la batería durante la descarga es menor que la energía que recibe durante la carga. La pérdida de energía se produce debido a la imperfección del proceso químico. Este tipo de pérdida es la principal en la batería.

Resistencia interna de la bateríaTora. La resistencia interna está formada por las resistencias del marco de placas, masa activa, separadores y electrolito. Este último representa la mayor parte de la resistencia interna. La resistencia de la batería aumenta durante la descarga y disminuye durante la carga, lo que es consecuencia de cambios en la concentración de la solución y el contenido de sulfato.

velo en la masa activa. La resistencia de la batería es pequeña y se nota solo con una gran corriente de descarga, cuando la caída de voltaje interna alcanza una o dos décimas de voltio.

Autodescarga de la batería. La autodescarga es la pérdida continua de energía química almacenada en la batería debido a reacciones laterales en las placas de ambas polaridades, provocadas por impurezas nocivas accidentales en los materiales utilizados o impurezas introducidas en el electrolito durante el funcionamiento. De mayor importancia práctica es la autodescarga causada por la presencia en el electrolito de varios compuestos metálicos que son más electropositivos que el plomo, como el cobre, el antimonio, etc. Los metales se liberan en placas negativas y forman muchos elementos en cortocircuito con placas de plomo. . Como resultado de la reacción, se forman sulfato de plomo e hidrógeno, que se libera sobre el metal contaminado. La autodescarga se puede detectar por una ligera desgasificación en las placas negativas.

En las placas positivas, también se produce la autodescarga debido a la reacción normal entre el plomo base, el peróxido de plomo y el electrolito, lo que da como resultado la formación de sulfato de plomo.

La autodescarga de la batería siempre ocurre: tanto con un circuito abierto como con descarga y carga. Depende de la temperatura y la densidad del electrolito (Fig. 27.2), y con un aumento de la temperatura y la densidad del electrolito, aumenta la autodescarga (la pérdida de carga a una temperatura de 25 ° C y una densidad del electrolito de 1,28 se toma como 100%). La pérdida de capacidad de una batería nueva debido a la autodescarga es de aproximadamente un 0,3 % por día. A medida que la batería envejece, aumenta la autodescarga.

Sulfatación de placa anormal. El sulfato de plomo se forma en placas de ambas polaridades con cada descarga, como se puede ver en la ecuación de reacción de descarga. Este sulfato tiene

la estructura cristalina fina y la corriente de carga se restauran fácilmente en plomo metálico y peróxido de plomo en placas de la polaridad adecuada. Por lo tanto, la sulfatación en este sentido es un fenómeno normal que forma parte integral del funcionamiento de la batería. La sulfatación anormal ocurre cuando las baterías se descargan en exceso, se descargan sistemáticamente de manera insuficiente o se dejan descargadas e inactivas durante largos períodos de tiempo, o cuando se utilizan con una densidad de electrolitos excesivamente alta y a altas temperaturas. En estas condiciones, el sulfato cristalino fino se vuelve más denso, los cristales crecen, expanden en gran medida la masa activa y son difíciles de recuperar cuando se cargan debido a la alta resistencia. Si la batería está inactiva, las fluctuaciones de temperatura contribuyen a la formación de sulfato. A medida que aumenta la temperatura, se disuelven pequeños cristales de sulfato y, a medida que disminuye la temperatura, el sulfato se cristaliza lentamente y los cristales crecen. Como resultado de las fluctuaciones de temperatura, se forman cristales grandes a expensas de los pequeños.

En las placas sulfatadas, los poros se obstruyen con sulfato, el material activo se expulsa de las rejillas y las placas a menudo se deforman. La superficie de las placas sulfatadas se vuelve dura, áspera y cuando se frota

El material de las placas entre los dedos se siente como arena. Las placas positivas de color marrón oscuro se vuelven más claras y aparecen manchas blancas de sulfato en la superficie. Las placas negativas se vuelven duras, de color gris amarillento. La capacidad de la batería sulfatada se reduce.

La sulfatación inicial se puede eliminar mediante una carga prolongada con una corriente ligera. Con una fuerte sulfatación, se necesitan medidas especiales para que las placas vuelvan a la normalidad.

Expreso mi sincera gratitud a Kuvalda (Kuvalda.spb.ru Ushkalov Evgeny Yurievich)
por apoyarme y alentarme: sacude los viejos tiempos, recuerda,
que sigo siendo físico y químico, y retomo lo viejo:

En primer lugar, considero mi deber señalar que (a pesar de mis esfuerzos) las siguientes consideraciones se basan en ciencias fundamentales y, por lo tanto, requieren cierto esfuerzo para comprenderlas. No se recomienda leer a aquellos que no quieran hacer estos esfuerzos, así como a aquellos que confunden voltaje y capacidad, ¡cuídese!

Para mayor claridad de presentación, y no queriendo sobrecargar el texto con conceptos demasiado complejos de termodinámica y cinética química, que van mucho más allá de los cursos generales de física y química de las universidades técnicas, me permitiré algunas simplificaciones (correctas en todos los casos), lo cual (de ninguna manera) no será contrario a la verdad: pido disculpas de antemano a los perfeccionistas. Todos pueden realizar cálculos exactos por su cuenta: toda la literatura necesaria está disponible en cualquier biblioteca científica y técnica.

Confusión

Mis discusiones en las páginas de la conferencia UAZ demostraron claramente que no todos los participantes en la motorización del país entienden claramente qué es una batería. Para que se entienda correctamente, intentaré definir los conceptos que trataré.

batería (batería)

Un conjunto de celdas (latas) conectadas en serie en la cantidad de seis. En el texto, las palabras "batería" y batería se utilizan como sinónimos.
Una celda, también conocida como "banco", es un elemento elemental de una batería, que consta de al menos (en realidad más de 10) de un par de placas activas de Pb - PbO2 llenas de electrolito.

Voltaje

Lo que se mide en los terminales de la batería conectando un probador o un medidor de voltaje, que se encuentra en panel. Exclusivamente característica externa. Depende de muchos factores, tanto externos a la batería como internos.

En general, el voltaje es el único valor normalmente medido asociado con una batería. Nada más se puede medir adecuadamente. Ni capacidad. Ni corriente real. Ni resistencia interna ni EMF

campos electromagnéticos

Puramente interno característica células AKB, lamentablemente de la manera más dramática afectando manifestaciones externas batería.

El valor de la EMF está determinado por el estado de equilibrio de la reacción de los reactivos principales. En nuestro caso, esto es Pb + PbO2 + 2H2SO4 (-) + 2H (+) = 2PbSO4 + 2H2O.

Es bastante difícil determinarlo formalmente; esto requiere el uso de cálculos termodinámicos complejos del estado termodinámico del sistema, pero en ingeniería práctica, se aplica una fórmula de ingeniería que proporciona precisión de ingeniería para baterías de plomo en el rango de densidad del electrolito 1,1-1,3 kg/l E=0,85+P donde Р es la densidad del electrolito.

Aplicándolo para determinar la EMF a un valor de densidad estándar del electrolito de una batería de automóvil de 1,27, obtenemos un valor de 2,12 V por vaso o 12,7 V por batería.
Para perfeccionistas. No tiene sentido buscar la dimensión aquí, como en la mayoría de las fórmulas para cálculos de ingeniería simplificados.

En un sentido práctico, esta fórmula seguirá siendo útil para nosotros.
Con la precisión que nos interesa aquí, ningún otro factor afecta la magnitud de la EMF. La dependencia de la EMF con la temperatura se estima en milésimas de voltios por grado, lo que obviamente se puede despreciar.
Todos los aditivos de aleación y otras platas realmente mejoran características de presentación(aumenta la estabilidad, aumenta la vida útil, reduce la resistencia interna) pero no afecta el EMF.

Desafortunadamente, en una batería moderna solo se puede medir indirectamente y con suposiciones conocidas. Por ejemplo, suponiendo que las corrientes de fuga son iguales a cero (es decir, la batería está limpia y seca por fuera, no tiene grietas ni fugas por dentro entre los bancos, que no hay sales metálicas en el electrolito y la resistencia de el dispositivo de medición es infinito).

Para mediciones con la precisión que nos interesa, basta con simplemente desconectar la batería de todos los consumidores (quitar el terminal) y utilizar un multímetro digital (aquí hay que tener en cuenta que la clase de precisión de la mayoría de estos dispositivos no permiten determinar el valor real, haciéndolos aptos sólo para medidas relativas).

Resistencia interna

Una cantidad que juega un papel clave en nuestra percepción de la realidad de la batería.
Es gracias a él, o más bien a su aumento, que ocurren todos los problemas asociados con la batería.

Simplificado, esto se puede representar como una resistencia conectada en serie con la batería, alguna resistencia:

Un valor que no se puede tocar ni medir. ella depende de caracteristicas de diseño Batería, capacidad, grado de descarga, presencia de sulfatación de placas, roturas internas, concentración y cantidad de electrolitos y, por supuesto, temperatura. Desafortunadamente, la resistencia interna depende no solo de los parámetros "mecánicos", sino también de la corriente a la que funciona la batería.

Cuanto más grande sea la batería, menor será la resistencia interna. Una batería nueva de 70-100 Ah tiene una resistencia interna de unos 3-7 mOhm (en condiciones normales).

A medida que la temperatura disminuye, la tasa de intercambio de reacciones químicas disminuye y la resistencia interna, respectivamente, aumenta.

Una batería nueva tiene la resistencia interna más pequeña. Básicamente, está determinado por el diseño de los elementos conductores de corriente y su resistencia. Pero durante la operación, comienzan a acumularse cambios irreversibles: la superficie activa de las placas disminuye, aparece la sulfatación y cambian las propiedades del electrolito. Y la resistencia comienza a crecer.

Corriente de fuga

Disponible en cualquier tipo de batería. sucede interno Y externo.

Interior la corriente de fuga es pequeña y para una batería moderna de 100 Ah es de aproximadamente 1 mA (equivalente aproximadamente a una pérdida del 1% de capacidad por mes) Su valor está determinado por la pureza del electrolito, especialmente el grado de contaminación con sales metálicas.

Cabe señalar que las corrientes de fuga externas a través de la red de a bordo del vehículo son significativamente más altas que las baterías reparables internas.

Procesos

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Batería Descargada

Cuando la batería se descarga, se genera una corriente debido a la deposición de SO4 en las placas, en relación con la cual la concentración de electrolitos disminuye y la resistencia interna aumenta gradualmente.

Características de descarga de la batería.
La curva superior corresponde a la corriente de descarga de diez horas
Inferior - tres en punto

Con una descarga completa, casi toda la masa activa se convierte en sulfato de plomo. Es por ello que una larga estancia en estado de descarga es perjudicial para la batería. Para evitar la sulfatación, es necesario cargar la batería lo antes posible.

Al mismo tiempo, cuanto más electrolito hay en la batería (en relación con la masa de plomo), menos disminuye la EMF de la celda. Para una batería descargada en un 50 %, la caída de EMF es de aproximadamente un 1 %. Además, la "reserva" del electrolito en diferentes fabricantes diferente, por lo tanto, la disminución de EMF, así como la densidad del electrolito será diferente.

Debido a la ligera disminución de EMF, es casi imposible determinar el grado de descarga de la batería simplemente midiendo el voltaje en ella (para esto, hay enchufes de carga que establecen una corriente significativa). Especialmente cuando se usa un medidor de voltaje regular (este dispositivo no es un voltímetro en el sentido exacto de la palabra, sino un indicador de voltaje) de un automóvil.

La corriente máxima que puede proporcionar una batería depende principalmente de la superficie activa de las placas, y su capacidad de la masa activa de plomo. En este caso, las placas más gruesas pueden ser incluso menos efectivas, ya que "las capas internas de plomo son difíciles de hacer" activas ". Además, se requiere un electrolito adicional.
Cuanto más porosa logró el fabricante hacer la placa, más corriente puede proporcionar.

Por lo tanto, todas las baterías fabricadas con tecnología similar proporcionan aproximadamente las mismas corrientes de arranque, pero las más pesadas pueden proporcionar más capacidad para tamaños comparables.

Bateria cargada

El proceso de carga de la batería consiste en la descomposición electroquímica del PbSO4 en los electrodos bajo la influencia de corriente continua fuente externa.
El proceso de carga de una batería completamente descargada es similar al proceso de descarga, por así decirlo, "al revés".

Inicialmente, la corriente de carga está limitada solo por la capacidad de la fuente para generar la corriente requerida y la resistencia de los elementos que conducen la corriente. Teóricamente, está limitado solo por la cinemática del proceso de disolución (la velocidad a la que los productos de reacción se eliminan del núcleo). Luego, a medida que las moléculas de ácido sulfúrico se "disuelven", la corriente disminuye.

Si se pudieran descuidar los procesos secundarios, cuando la batería esté completamente cargada, la corriente sería cero. La batería deja de "aceptar" una carga. Desafortunadamente, en una batería real siempre hay fugas de corriente y agua. Para compensar la corriente de fuga, se utiliza una recarga constante de la batería.

Como estándar, se recomienda cargar una batería de plomo utilizando una fuente de voltaje.
La tensión de carga recomendada por celda (según VARTA) es de aproximadamente 2,23 V o 13,4 V para toda la batería. Más Alto voltaje carga conduce a una acumulación más rápida de carga, pero al mismo tiempo aumenta la cantidad de agua descompuesta.

Leyenda:
Una batería "recargada" se deteriora y pierde su capacidad.
En realidad baterías de Ni-Cd se deterioran (pierden capacidad) con una recarga larga, cosa que no ocurre con el plomo. El plomo, cuando se carga con altos voltajes, solo pierde agua (es agua que se evapora); en un amplio rango, el proceso es completamente reversible simplemente agregando agua. Con una recarga prolongada con el voltaje "correcto" (2,23 V), no se produce pérdida de agua.

Afortunadamente para nosotros, la batería de plomo no se degrada en el modo de carga flotante. Por el contrario, este modo es muy recomendado y recomendado. Por lo tanto, en un automóvil (y en todos los demás casos de uso industrial), las baterías de plomo están en modo de recarga constante a voltajes en el rango de 2.23 - 2.4V por celda.

Se puede ver en la figura que cuando el exceso de voltaje en la batería se duplica, la corriente de carga se multiplica por diez, lo que conduce a un consumo de agua injustificado y salida prematura Batería fuera de servicio.

Para una batería moderna, la corriente de carga óptima es de unos 15 mA (que corresponde exactamente a una tensión de carga de 2,23 V por celda). Con tal corriente, el agua que se descompone durante la electrólisis "tiene tiempo" para recombinarse en la solución y no se pierde; es decir, el proceso puede continuar indefinidamente (en el sentido de la ingeniería).

Práctica

Voltaje de la batería

muchos confunden Voltaje en una batería con fem de batería. Como ya se señaló, estas cantidades están interrelacionadas, pero no son idénticas. Aquí es donde la resistencia interna juega un papel muy importante.

Por ejemplo, al descargar con corrientes de arranque, indicadas del orden de 400 A, una resistencia interna de 4 mOhm, de acuerdo con la ley de Ohm, se convierte en una caída de voltaje de 1,6 V, la resistencia de polarización agrega alrededor de 0,5 V más, y esto está al principio de la descarga. Los datos proporcionados corresponden a baterías nuevas con una capacidad de unos 100 Ah. Para baterías más viejas, obsoletas o de menor capacidad, la pérdida será mayor. Para una batería de 50 Ah del mismo tipo, perdí aproximadamente el doble.

Cuando se carga desde un generador (que pretende ser una fuente de tensión, en realidad es una fuente de corriente ahogada por el regulador), la tensión debe corresponder a las condiciones de carga rápida y está determinada por el relé del regulador.

Porque el kilometraje promedio vehículo no es suficiente para cargar completamente la batería, se aplica un compromiso de voltaje que es ligeramente superior a la carga flotante óptima de 2,23 V por celda o 13,38 V por batería, pero ligeramente inferior al voltaje de carga rápida de 2,4 V (14,4 V por batería). batería). El valor óptimo es 13.8-14.2V. Al mismo tiempo, las pérdidas de agua siguen siendo aceptables y la batería recibe una carga suficientemente completa con un kilometraje medio.

El envejecimiento (descarga) de la batería hace que el voltaje que es capaz de proporcionar bajo carga disminuya debido a las grandes pérdidas en la resistencia interna, a pesar de que sin carga su valor permanece casi idéntico al nuevo (totalmente cargada). ). Por lo tanto, es casi imposible determinar el estado de la batería simplemente con un voltímetro.

Diferentes tipos de baterías pueden tener diferentes densidades electrólito. En este caso, el EMF (y, en consecuencia, el voltaje de una batería abierta) puede diferir ligeramente para diferentes baterías. Al mismo tiempo, una batería descargada con una densidad electrolítica más alta puede producir un valor de voltaje más alto que una batería completamente cargada con una densidad electrolítica más baja.

Leyenda:
El voltaje de la batería depende de la temperatura.
El voltaje de una batería desconectada es prácticamente independiente de la temperatura. Depende de la resistencia interna y de la cantidad de energía almacenada. El motor de arranque no gira bien debido a una gran caída de tensión en la resistencia interna, y la limitación del tiempo de funcionamiento del motor de arranque está asociada con una capacidad reducida de la batería debido a una actividad reducida de las reacciones químicas.

Conexión de la batería

Fue este tema el que me obligó a asumir este trabajo a gran escala. Las conclusiones presentadas aquí se basan en el razonamiento dado anteriormente. Las conclusiones prácticas no requieren argumentación.

Leyenda 1
Las baterías de automóviles no se pueden conectar en paralelo, porque en este caso una batería con un voltaje alto recargará constantemente una batería con un voltaje más bajo. En consecuencia, uno se recargará constantemente y el otro se descargará.

Hay varios errores fácticos y conceptuales en esta leyenda.

Una celda de batería está formada por varios pares (o varias decenas de pares) de placas, medianas en paralelo para aumentar la superficie efectiva de la celda. Así que el paralelismo está en el corazón de la tecnología de baterías.

El voltaje en la batería en ausencia de carga es condicionalmente igual a su EMF.
Como se sabe, el valor de la EMF prácticamente no depende de ningún parámetro externo e interno, a excepción de la densidad del electrolito. Este valor no depende de la capacidad de la batería, ni de la porosidad del electrodo, ni de los aditivos de aleación, ni del material de las partes conductoras de corriente. También depende débilmente del grado de descarga de la batería. Por lo tanto, el voltaje de dos conductores baterías de coche, correspondiente a las normas siempre estará cerca. La diferencia tecnológica que surge debido a la imprecisión de la densidad del electrolito (1,27-1,29 según GOST, las tolerancias de VARTA son un orden de magnitud más pequeñas) se puede determinar fácilmente (ver arriba) y es de 0,02 V, es decir, 20 mV.

Si suponemos que en el momento de terminar la carga (apagar el motor) ambas baterías están completamente cargadas, la máxima diferencia de potencial posible en sus terminales será de 20 mV, independientemente de su estado, fabricante, etc.

Incluso si asumimos que se utilizan baterías de diferentes clases (por ejemplo, automotrices e industriales con una densidad de electrolito de 1,25), en este caso la diferencia de potencial es solo de unos 40 mV. Para una batería completamente cargada, esto producirá una corriente de electrólisis de alrededor de 3-5 mA, que es casi la misma que la corriente de fuga de una batería no muy buena.

La descarga con tales corrientes es insignificante para la batería y no se produce una sobrecarga.

Ahora considere la situación en la que dos baterías de capacidades significativamente diferentes se combinan en paralelo.

Al comienzo de la carga, cuando la corriente está limitada por las capacidades del generador, es natural suponer que se dividirá entre las baterías en proporción al área activa de las placas. Es decir, el grado de carga de las baterías con carga incompleta será aproximadamente el mismo (corto recorrido), el sistema se comportará como una gran batería que no ha tenido tiempo de recargarse.

Leyenda 2
En los autos importados se utilizan relés especiales para conectar baterías de equipos adicionales (Auxiliares), para no conectarlos en paralelo (Leyenda 1)

Completa tontería, en vista de lo anterior. Este relé tiene un propósito mucho más prosaico. Cuando el sistema eléctrico del automóvil está muy cargado equipamiento adicional(como un televisor, música de alta potencia, un refrigerador, etc.), existe una alta probabilidad de "plantar" la batería. Para salir de una divertida jornada en la naturaleza con música, se desconecta la batería de arranque, evitando así su descarga total.
Hay una vieja anécdota sobre nuestros policías, que a su antojo "cazados" por el radar se preocupaban por "encender":

Entonces este efecto es mucho más significativo que la "recarga".

Conclusiones prácticas

Es posible conectar baterías en paralelo, pero teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones.

• No debe usar baterías de diferentes clases (por ejemplo, automotrices e industriales), así como diferentes versiones (por ejemplo, tropicales y árticas) porque usan electrolitos de diferentes densidades.
• En Parking de larga duración vale la pena desconectar la batería no solo de los consumidores, sino también entre sí.

Batería - Batería EMF - Fuerza electromotriz

La fem de una batería no conectada a la carga es en promedio de 2 voltios. No depende del tamaño de la batería y del tamaño de sus placas, sino que está determinado por la diferencia en las sustancias activas de las placas positiva y negativa.
Dentro de pequeños límites, la fem puede variar debido a factores externos, de los cuales la densidad del electrolito, es decir, mayor o menor contenido de ácido en la solución, es de importancia práctica.

La fuerza electromotriz de una batería descargada con un electrolito de alta densidad será mayor que la fem de una batería cargada con una solución ácida más débil. Por lo tanto, el grado de carga de una batería con una densidad inicial desconocida de la solución no debe juzgarse sobre la base de las lecturas del dispositivo al medir la fem sin una carga conectada.
Las baterías tienen una resistencia interna que no permanece constante, sino que cambia durante la carga y descarga, dependiendo de la composición química de las sustancias activas. Uno de los factores más obvios en la resistencia de la batería es el electrolito. Dado que la resistencia del electrolito no solo depende de su concentración, sino también de la temperatura, la resistencia de la batería también depende de la temperatura del electrolito. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia disminuye.
La presencia de separadores también aumenta la resistencia interna de los elementos.
Otro factor que aumenta la resistencia de los elementos es la resistencia del material activo y las rejillas. Además, el estado de carga afecta la resistencia de la batería. El sulfato de plomo, formado durante la descarga tanto en la placa positiva como en la negativa, no conduce la electricidad y su presencia aumenta considerablemente la resistencia al paso de la corriente eléctrica. El sulfato cierra los poros de las placas cuando están en estado cargado, y por tanto impide el libre acceso del electrolito al material activo. Por tanto, cuando el elemento está cargado, su resistencia es menor que en estado descargado.

La batería es uno de los dispositivos más complejos. coche moderno. Muchos procesos electroquímicos y físicos, interrelacionados y en gran parte debido a la influencia de factores externos, fluyen continuamente en él. Y como cualquier dispositivo complejo, requiere un cuidado adecuado con las calificaciones adecuadas.

El automovilista, en su mayor parte, está interesado en cuestiones puramente prácticas. Como, por ejemplo, ¿por qué la batería no asegura el arranque de un motor perfectamente reparable después de dos temporadas? ¿Por qué la batería duraba sólo dos años, y no 5 u 8 años, aunque el coche recorría 3.000 km al año por falta de gasolina? ¿Qué se debe hacer para que la batería dure mucho y no falle en el momento más inoportuno? ¿Y cuánto tiempo se le debe dar, y no se debe tratar todos los días? Y muchas otras preguntas similares.

Para responder a estas preguntas, debe utilizar no solo recomendaciones e instrucciones preparadas, sino también tener un cierto nivel de conocimiento sobre las baterías.

Las baterías, al igual que otras fuentes de corriente química, se estudian y mejoran intensamente, pero a menudo muchas publicaciones son inaccesibles para un automovilista y la comprensión de una serie de problemas requiere especial atención. Entrenamiento vocacional. En muchos artículos de revistas, manuales, recomendaciones, instrucciones, etc. junto con incondicionalmente correcto y información útil hay mucha subjetividad, y en algunos casos, lamentablemente, hay incomprensión, desconocimiento e intereses corporativos de los autores (especialmente en la revista "Behind the Rulem").

Este manual tiene un objetivo muy simple: brindar al conductor los conocimientos básicos sobre el cuidado de una batería. Intentamos evitar fórmulas y cálculos teóricos complicados. Sin embargo, los datos teóricos no se pueden descartar por completo.

Sin una comprensión de los principales procesos que ocurren en la batería en ciertas condiciones, es imposible construir las tácticas óptimas para cuidar la batería en condiciones reales de funcionamiento.

(batería real), para evitar errores molestos, incluso utilizando una gran cantidad de recomendaciones correctas.

Entendemos que este manual tampoco está exento de fallas, sin embargo, hemos tratado de presentar en una secuencia lógica los hechos conocidos, los diversos métodos y el trabajo realizado para cuidar

batería. Esperamos que el material presentado en el manual ayude al automovilista en el cuidado de la batería.

2. PROCESOS BÁSICOS EN LA BATERÍA

2.1. Conceptos y definiciones

La batería es una fuente de corriente reversible. Es capaz de transferir la energía previamente almacenada a la carga en el circuito externo. En carros Las baterías están instaladas, que consta de seis baterías conectadas en serie. Son capaces de proporcionar altas corrientes de descarga y pertenecen a la clase de baterías de arranque. Esto se refleja en el etiquetado de las baterías. Por ejemplo, una batería 6ST-55 contiene 6 baterías, arranque, el consumo de energía nominal es de 55 amperios-hora.

Aquí hay algunos conceptos básicos y definiciones que caracterizan a la batería en varios modos de operación.

La fuerza electromotriz (EMF) es la diferencia en los potenciales de electrodo con un circuito abierto circuito eléctrico. La fem de la batería depende de la densidad de la temperatura del electrolito y de la composición de la masa activa de las placas. EMF se expresa en voltios y generalmente se denota con la letra mi . Puede medir el EMF con un voltímetro con una gran resistencia interna superior a 20 kOhm.

La fem en reposo (E0) es la fem de una batería que ha estado mucho tiempo (más de 2-3 horas) sin carga.

La fem de una batería bajo carga es diferente de la fem en reposo. Esto se debe a que durante el paso de la corriente en el circuito ocurren procesos físicos y químicos irreversibles en los electrodos y en el electrolito, asociados a la pérdida de energía. Uno de ellos es el proceso de polarización.

fem de polarización ( episodio ) es la FEM de la batería en presencia de polarización de las placas.

En siempre se dirige hacia la corriente.

Al cargar, la EMF de la batería es igual a la suma de la EMF en reposo y la EMF de polarización:

E = E0 + En ,

y al cargar

E \u003d E0 - Es .

el valor mi llamada fem dinámica, o simplemente fem de batería.

En un circuito eléctrico de CC cerrado, cuando los consumidores están conectados a la batería, la relación entre la EMF, la corriente que pasa por el circuito y la resistencia del circuito está determinada por la ley de Ohm:

E \u003d yo (R + r), (1)

Dónde mi - CEM, V;

I - corriente en el circuito, A;

R - resistencia activa del circuito externo, Ohm;

r - la resistencia total de la sección del circuito eléctrico dentro de la propia fuente de corriente, Ohm.

La expresión (1) se puede reescribir como:

E = IR + Ir , (2)

aquellos. La fem de la batería compensa la caída de voltaje en el circuito externo U=IR y la caída de tensión dentro de la propia fuente de corriente en su resistencia interna total Ur=I*r .

Valor U=I*R es el voltaje de la batería. Este es el voltaje en los terminales de la batería, que se utiliza para operar los consumidores actuales.

De la ecuación (2) se puede ver que cuando la batería está operando, su voltaje tu siempre es menor que la FEM, ya que

U=E-Ur .

A medida que la batería se desgasta, su resistencia interna aumenta. Esta es una de las causas de bajo voltaje en los terminales de la batería bajo carga. a medida que aumenta Ur. Una batería descargada tiene una situación similar.

Hay un voltaje de carga igual a

Ue \u003d E + Iz * r ,

y voltaje de descarga:

U - E - I - * r ,

Dónde Yo de - corriente de carga, A;

ir - corriente de descarga, A;

r - resistencia interna de la batería, Ohm.

Corriente de carga normal: la cantidad de corriente de carga ( A ).

numéricamente igual a 0,1 de la capacidad de la batería, expresada en amperios-hora.

La resistencia interna de la batería es la suma de la resistencia de los electrodos, el electrolito y la resistencia debida a los separadores (juntas entre las placas). La resistencia interna es un valor variable. Depende del diseño de los electrodos, el estado de la masa activa, la densidad del electrolito y la temperatura. Una batería completamente cargada tiene mucha menos resistencia interna que una descargada. Esto se explica por el hecho de que la conductividad eléctrica de la masa activa de una batería cargada es mayor que la de una descargada.

La capacidad de la batería es la cantidad de electricidad que una batería puede almacenar o entregar.

La capacidad depende de la magnitud de la corriente de descarga. La capacidad de la batería se define como un valor igual al producto de la corriente continua y el tiempo en un modo de descarga de 20 horas a un voltaje de 1,7 V:

Q20 = Ip*tp = Ip*20 (A*h),

Dónde ir - la magnitud de la corriente de descarga,

tr - tiempo de descarga.

Capacidad de corriente de descarga Qp - capacidad nominal de la batería durante la descarga:

Qp = Ip*tp ,

Dónde IP - el valor de la corriente de descarga, A;

t.p. - tiempo de descarga.

Capacidad de carga de la batería: caracteriza la cantidad de electricidad recibida por la batería en el proceso de carga:

Qz = Iz * tz ,

donde Qz - capacidad de carga, A * h;

Yo de - corriente de carga, A;

t - tiempo de carga, h

Las baterías modernas tienen una eficiencia de capacidad de 0,85.

Capacidad de energía: caracteriza la capacidad de la batería para realizar trabajo eléctrico por un tiempo determinado.

Medido en vatios-hora.

Capacidad de energía de descarga:

Ap = Arriba * Ip * tp ,