ЕДС батареї формули. ЕДС та напруга свинцевого акумулятора. Вимір ЕРС акумуляторної батареї

переглядів 6 817 Google+

ЕРС акумулятора (електрорушійна сила) це різниця електродних потенціалів за відсутності зовнішнього ланцюга. Електродний потенціал складається із рівноважного електродного потенціалу. Він характеризує стан електрода у стані спокою, тобто відсутності електрохімічних процесів, і потенціалу поляризації, що визначається як різницю потенціалів електрода при зарядці (розрядці) та за відсутності ланцюга.

Процес дифузії.

Завдяки процесу дифузії, вирівнюванню щільності електроліту в порожнині корпусу акумулятора та в порах активної маси пластин, електродна поляризація може зберігатися в акумуляторі при відключенні зовнішнього ланцюга.

Швидкість проходження дифузії безпосередньо залежить від температури електроліту, чим вище температура, тим швидше проходить процес і може відрізнятися за часом, від двох годин до доби. Наявність двох складових електродного потенціалу при перехідних режимах призвело до поділу на рівноважну і не рівноважну ЕРС акумулятора. На рівноважну ЕРС акумулятора впливає вміст і концентрація іонів активних речовин в електроліті, Фізичні властивостіактивних речовин. Головну роль величині ЕРС грає щільність електроліту і мало впливає неї температура. Залежність ЕРС від густини можна виразити формулою:

Е = 0,84 + р Де Е – ЕРС акумулятора (В) Р – густина електроліту приведена до температури 25 гр. З (г/см3)Ця формула істинна при робочій щільності електроліту не більше 1,05 – 1,30 г/см3. ЕРС не може характеризувати ступінь розрідженості акумулятора безпосередньо. Але якщо виміряти його на висновках і порівняти з розрахунковим за щільністю, то можна, з ймовірністю, судити про стан пластин і ємності. У стані спокою щільність електроліту в порах електродів та порожнини моноблока однакові та рівні ЕРС спокою. При підключенні споживачів або джерела заряду змінюється поляризація пластин та концентрація електроліту в порах електродів. Це призводить до зміни ЕРС. При заряді значення ЕРС збільшується, а за розряді зменшується. Це з зміною щільності електроліту, що бере участь у електрохімічних процесах.

ЕРС акумулятора не дорівнює напрузі акумулятора, яка залежить від наявності або відсутності навантаження на його клемах.

«Якщо Ви помітили помилку в тексті, будь ласка, виділіть це місце мишкою і натисніть CТRL+ENTER»

admin 25/07/2011"Якщо стаття була Вам корисна, поділіться посиланням на неї в соцмережах"

Avtolektron.ru

Електрорухаюча сила акумулятора

Чи можна по ЕРС точно судити про рівень зарядженості акумулятора?

Електрорушійною силою (ЕРС) акумулятора називається різниця його електродних потенціалів, виміряна при розімкнутому зовнішньому ланцюгу:

Е = φ+ - φ-

де φ+ і φ– – відповідно потенціали позитивного та негативного електродів при розімкнутому зовнішньому ланцюзі.

ЕРС батареї, що складається з n послідовно з'єднаних акумуляторів:

У свою чергу, електродний потенціал при розімкнутому ланцюзі в загальному випадку складається з рівноважного електродного потенціалу, що характеризує рівноважний (стаціонарний) стан електрода (за відсутності перехідних процесів в електрохімічній системі) і потенціалу поляризації.

Цей потенціал у випадку визначається як різницю між потенціалом електрода при розряді чи заряді та її потенціалом у рівноважному стані без струму. Однак слід зазначити, що стан акумулятора відразу після вимкнення зарядного або розрядного струму не є рівноважним внаслідок відмінності концентрації електроліту в порах електродів та міжелектродному просторі. Тому електродна поляризація зберігається в акумуляторі досить тривалий час і після відключення зарядного або розрядного струму і характеризує в цьому випадку відхилення електродного потенціалу від рівноважного значення за рахунок перехідного процесу, тобто в основному внаслідок дифузійного вирівнювання концентрації електроліту в акумуляторі з моменту розмикання зовнішньої рівноважного стаціонарного стану в акумуляторі.

Хімічна активність реагентів, зібраних в електрохімічну систему акумулятора, і, отже, зміна ЕРС акумулятора дуже залежить від температури. При зміні температури від -30°С до +50°С (в робочому діапазоні для АКБ) електрорушійна сила кожного акумулятора в батареї змінюється всього на 0,04 В і при експлуатації акумуляторів їм можна знехтувати.

З підвищенням густини електроліту ЕРС підвищується. При температурі +18°С і щільності 1,28 г/см3 акумулятор (мається на увазі одна банка) має ЕРС рівною 2,12 В. Акумуляторна батарея з шести елементів має ЕРС рівною 12,72 В(6 ? 2,12 В = 12 ,72).

По ЕРС не можна точно судити про рівень зарядженості акумулятора. ЕРС розрядженого акумулятора з більшою щільністю електроліту буде вищим, ніж ЕРС зарядженого акумулятора, але має меншу щільність електроліту. Величина ЕРС справного акумулятора залежить від щільності електроліту (ступеня його зарядженості) та змінюється від 1,92 до 2,15 В.

При експлуатації акумуляторних батарей шляхом вимірювання ЕРС можна виявити серйозну несправність акумуляторної батареї(Замикання пластин в одній або кількох банках, обрив сполучних провідників між банками тощо).

ЕРС вимірюють високоомним вольтметром (внутрішній опір вольтметране менше 300 Ом/В). У ході виконання вимірювань вольтметр приєднують до висновків акумулятора або батареї. При цьому через акумулятор (батарею) не повинен протікати зарядний чи розрядний струм!

*** Електрорушійна сила (ЕРС) – скалярна фізична величина, що характеризує роботу сторонніх сил, тобто будь-яких сил неелектричного походження, що діють у квазістаціонарних ланцюгах постійного або змінного струму. ЕРС так само, як і напруга, у Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється у вольтах.

orbyta.ru

27.3. Електрохімічні реакції в акумуляторі. Електрорушійна сила. Внутрішній опір. Саморозряд. Сульфатація пластин

Якщо замкнути зовнішній ланцюг зарядженого акумулятора, з'явиться електричний струм. При цьому відбуваються наступні реакції:

у негативної пластини

у позитивної пластини

де е - заряд електрона, рівний

На кожні дві молекули кислоти, що витрачається, утворюються чотири молекули води, але в той же час витрачаються дві молекули води. Тому в результаті має місце утворення лише двох молекул води. Складаючи рівняння (27.1) та (27.2), отримуємо реакцію розряду в остаточному вигляді:

Рівняння (27.1) – (27.3) слід читати зліва направо.

При розряді акумулятора на пластинах обох полярностей утворюється свинцевий сульфат. Сірчана кислота витрачається як у позитивних, так і негативних пластин, при цьому у позитивних пластин витрата кислоти більше, ніж у негативних. У позитивних пластин утворюються дві молекули води. Концентрація електроліту при розряді акумулятора знижується, причому більшою мірою вона знижується у позитивних пластин.

Якщо змінити напрям струму через акумулятор, то напрям хімічної реакції зміниться зворотний. Почнеться процес заряду акумулятора. Реакції заряду у негативної та позитивної пластин можуть бути представлені рівняннями (27.1) та (27.2), а сумарна реакція – рівнянням (27.3). Ці рівняння тепер слід читати праворуч наліво. При заряді сульфат свинцю у позитивної пластини відновлюється перекис свинцю, у негативної пластини - в металевий свинець. При цьому утворюється сірчана кислотата концентрація електроліту підвищується.

Електрорушійна сила та напруга акумулятора залежать від безлічі факторів, з яких найважливішими є вміст кислоти в електроліті, температура, струм і нею напрямок, ступінь зарядженості. Зв'язок між електрорушійною силою, напругою і струмом може бути запи-

сану наступним чином:

при розряді

де Е0 - оборотна ЕРС; Eп - ЕРС поляризації; R – внутрішній опір акумулятора.

Оборотна ЕРС - це ЕРС ідеального акумулятора, в якому усунуті всі види втрат. У такому акумуляторі енергія, отримана під час заряду, повністю повертається при розряді. Оборотна ЕРС залежить тільки від вмісту кислоти в електроліті та температури. Вона може бути визначена аналітично, виходячи з теплоти утворення речовин, що реагують.

Реальний акумулятор знаходиться в умовах, близьких до ідеальних, якщо струм дуже малий і тривалість його проходження також мала. Такі умови можна створити, якщо врівноважити напругу акумулятора деякою зовнішньою напругою (еталоном напруги) за допомогою чутливого потенціометра. Напруга, виміряна таким чином, називається напругою при розімкнутому ланцюзі. Воно близьке до оборотної ЕРС. У табл. 27.1 наведено значення цієї напруги, відповідні щільності електроліту від 1,100 до 1,300 (віднесені до температури 15°С) та температури від 5 до 30 °С.

Як видно з таблиці, при щільності електроліту 1,200, звичайної для стаціонарних акумуляторів, і температурі 25 ° С напруга акумулятора при розімкнутому ланцюгу дорівнює 2,046 В. У процесі розряду щільність електроліту дещо знижується. Відповідне зниження напруги при розімкнутому ланцюгу складає всього кілька сотих часток вольта. Зміна напруги при розімкнутому ланцюгу, викликане зміною температури, мізерно мало і представляє швидше теоретичний інтерес.

Якщо через акумулятор проходить деякий струм у напрямку заряду або розряду, напруга акумулятора змінюється внаслідок внутрішнього падіння напруги та зміни ЕРС, спричиненої побічними хімічними та фізичними процесами у електродів та електроліті. Зміна ЕРС акумулятора, викликана вказаними незворотними процесами, називається поляризацією. Основними причинами поляризації в акумуляторі є зміна концентрації електроліту в порах активної маси пластин по відношенню до концентрації його в іншому обсязі і зміна концентрації іонів свинцю, що викликається цим. При розряді кислота витрачається, у разі заряду утворюється. Реакція відбувається у порах активної маси пластин, і приплив чи видалення молекул та іонів кислоти відбувається через дифузію. Остання може мати місце лише за наявності деякої різниці концентрацій електроліту в області електродів та в іншому обсязі, яка встановлюється відповідно до струму та температури, що визначає в'язкість електроліту. Зміна концентрації електроліту в порах активної маси викликає зміну концентрації іонів свинцю та ЕРС. При розряді внаслідок зниження концентрації електроліту в порах ЕРС зменшується, а заряді внаслідок підвищення концентрації електроліту ЕРС підвищується.

Електрорушійна сила поляризації спрямована завжди назустріч струму. Вона залежить від пористості пластин, струму та

температури. Сума оборотної ЕРС та ЕРС поляризації, тобто Е0 ± Еп, являє собою ЕРС акумулятора під струмом або динамічну ЕРС. При розряді вона менша за оборотну ЕРС, а при заряді - більше. Напруга акумулятора під струмом відрізняється від динамічної ЕРС тільки значення внутрішнього падіння напруги, яке відносно мало. Отже, напруга акумулятора під струмом також залежить від струму та температури. Вплив останньої на напругу акумулятора при розряді та заряді значно більший, ніж при розімкнутому ланцюзі.

Якщо розімкнути ланцюг акумулятора при розряді, напруга його повільно збільшиться до напруги при розімкнутому ланцюгу внаслідок дифузії електроліту. Якщо роз'єднати ланцюг акумулятора під час заряджання, напруга його повільно зменшиться до напруги при розімкнутому ланцюгу.

Нерівність концентрацій електроліту в галузі електродів та в іншому обсязі відрізняє роботу реального акумулятора від ідеального. При заряді акумулятор працює так, ніби він містив дуже розведений електроліт, а при заряді - дуже концентрований. Розведений електроліт увесь час поєднується з більш концентрованим, при цьому деяка кількість енергії виділяється у вигляді тепла, яке за умови рівності концентрацій могло б бути використане. В результаті енергія, віддана акумулятором при розряді, менша за енергію, отриману при заряді. Втрата енергії відбувається внаслідок недосконалості хімічного процесу. Цей вид втрат є основним в акумуляторі.

Внутрішнє опір акумулятора. Внутрішній опір складається з опорів каркасу пластин, активної маси, сепараторів та електроліту. Останнє становить більшу частину внутрішнього опору. Опір акумулятора збільшується при розряді і зменшується при заряді, що є наслідком зміни концентрації розчину та вмісту суль-

фата в активній масі. Опір акумулятора невеликий і помітний лише при великому розрядному струмі, коли внутрішнє падіння напруги досягає однієї або двох десятих вольта.

Саморозряд акумулятора. Саморозрядом називається безперервна втрата хімічної енергії, запасеної в акумуляторі, внаслідок побічних реакцій на пластинах обох полярностей, викликаних випадковими шкідливими домішками у використаних матеріалах або домішками, внесеними до електроліту в процесі експлуатації. Найбільше практичне значення має саморозряд, викликаний присутністю в електроліті різних сполук металів, більш електропозитивних, ніж свинець, наприклад міді, сурми та ін. Метали виділяються на негативних пластинах і утворюють зі свинцем пластин безліч короткозамкнутих елементів. В результаті реакції утворюються свинцевий сульфат та водень, що виділяється на металі забруднення. Саморозряд може бути виявлений з легкого виділення газу у негативних пластин.

На позитивних пластинах саморозряд відбувається також внаслідок звичайної реакції між свинцем основи, перекисом свинцю та електролітом, у результаті якої утворюється сульфат свинцю.

Саморозряд акумулятора відбувається завжди: як при розімкнутому ланцюзі, так і при розряді та заряді. Він залежить від температури та щільності електроліту (рис. 27.2), причому з підвищенням температури та щільності електроліту саморозряд збільшується (втрата заряду при температурі 25 °С та щільності електроліту 1,28 прийнята за 100%). Втрата ємності нової батареївнаслідок саморозряду становить близько 0,3% на добу. З віком батареї саморозряд збільшується.

Ненормальна сульфатація пластин. Свинцевий сульфат утворюється на пластинах обох полярностей при кожному розряді, що з рівняння реакції розряду. Цей сульфат має

тонка кристалічна будова і зарядний струм легко відновлюється в металевий свинець і перекис свинцю на пластинах відповідної полярності. Тому сульфатація у сенсі - нормальне явище, що становить невід'ємну частину роботи акумулятора. Ненормальна сульфатація виникає, якщо акумулятори піддаються надмірному розряду, систематично недозаряджаються або залишаються в розрядженому стані та бездіяльності протягом тривалого часу, а також якщо вони працюють із надмірно високою щільністю електроліту та при високій температурі. У умовах тонкий кристалічний сульфат стає більш щільним, кристали ростуть, сильно розширюючи активну масу, і важко відновлюються при заряді внаслідок великого опору. Якщо батарея перебуває у бездіяльності, утворенню сульфату сприяють коливання температури. При підвищенні температура дрібні кристали сульфату розчиняються, а при подальшому її зниженні сульфат повільно викристалізовується і кристали ростуть. Через війну коливань температури великі кристали утворюються з допомогою дрібних.

У сульфатованих пластин пори закупорені сульфатом, активний матеріал видавлюється з грат і пластини часто жолобляться. Поверхня сульфатованих пластин стає жорсткою, шорсткою, і при розтиранні

матеріалу пластин між пальцями відчувається ніби пісок. Темно-коричневі позитивні пластини стають світлішими, і на поверхні виступають білі плями сульфату. Негативні пластини стають твердими, жовтувато-сірими. Місткість сульфатиро-шнного акумулятора знижується.

Початкова сульфатація може бути усунена тривалим зарядом гавкаючим струмом. При сильній сульфатації необхідні особливі заходи для приведення пластин у нормальний стан.

studfiles.net

Параметри автомобільного акумулятора Все про акумулятори

Давайте розглянемо основні параметри акумулятора, які нам знадобляться при його експлуатації.

1. Електрорушійна сила (ЕРС) акумуляторної батареї - напруга між виводами акумуляторної батареї при розімкнутому зовнішньому ланцюзі (і, звичайно, за відсутності будь-яких витоків). У «польових» умовах (в гаражі) ЕРС можна виміряти будь-яким тестером, перед цим знявши одну з клем («+» або «-») з акумулятора.

ЕРС акумулятора залежить від щільності та температури електроліту і зовсім не залежить від розмірів і форми електродів, а також від кількості електроліту і активних мас. Зміна ЕРС акумулятора від температури дуже мало і при експлуатації їх можна знехтувати. З підвищенням густини електроліту ЕРС підвищується. При температурі плюс 18 ° С і щільності d = 1,28 г/см3 акумулятор (мається на увазі одна банка) має ЕРС дорівнює 2,12 В (АКБ - 6 х 2,12 В = 12,72 В). Залежність ЕРС від густини електроліту при зміні густини в межах 1,05÷1,3 г/см3 виражається емпіричною формулою

Е=0,84+d, де

d - густина електроліту при температурі плюс 18°С, г/см3.

По ЕРС не можна точно судити про рівень розрядження акумулятора. ЕРС розрядженого акумулятора з більшою щільністю електроліту буде вищим, ніж ЕРС зарядженого акумулятора, але має меншу щільність електроліту.

Шляхом вимірювання ЕРС можна лише швидко виявити серйозну несправність акумуляторної батареї (замикання пластин в одній або кількох банках, обрив сполучних провідників між банками тощо).

2. Внутрішній опір акумулятора є сумою опорів вивідних затискачів, міжелементних з'єднань, пластин, електроліту, сепараторів та опору, що виникає в місцях зіткнення електродів з електролітом. Чим більша ємність акумулятора (кількість пластин), тим менше його внутрішній опір. Зі зниженням температури і в міру розряду акумулятора його внутрішній опір зростає. Напруга акумулятора відрізняється від його ЕРС на величину падіння напруги на внутрішньому опорі акумулятора.

При заряді U3 = Е + I х RВН,

а при розряді UР = Е - I х RВН, де

I - струм, що протікає через акумулятор, A;

RВН – внутрішній опір акумулятора, Ом;

Е - ЕРС акумулятора, Ст.

Зміна напруги на акумуляторі при її заряді та розряді показана на Мал. 1.

Рис.1. Зміна напруги акумулятора при її заряді та розряді.

1 – початок газовиділення, 2 – заряд, 3 – розряд.

Напруга автомобільного генератора, від якого виробляється заряд батареї, становить 14,0÷14,5 В. На автомобілі батарея, навіть у найкращому разі, за цілком сприятливих умов, залишається недозарядженою на 10÷20%. Виною всьому - робота автомобільного генератора.

Достатня для заряджання напруга генератор починає видавати при 2000 об/хв і більше. Обороти холостого ходу 800÷900 об/хв. Стиль їзди в місті: розгін (тривалість менше за хвилину), гальмування, зупинка (світлофор, пробка - тривалість від 1 хвилини до ** годин). Заряд йде тільки під час розгону та руху на досить високих оборотах. В решту часу йде інтенсивний розряд АКБ (фари, інші споживачі електроенергії, сигналізація – цілодобово).

Ситуація покращується під час руху за містом, але не критичним чином. Тривалість поїздок не така велика (повний заряд батареї - 12÷15 годин).

У точці 1 - 14,5 починається газовиділення (електроліз води на кисень і водень), збільшується витрата води. Інший неприємний ефект при електролізі - збільшується корозія пластин, тому не слід допускати тривалого перевищення напруги 14,5 на клемах АКБ.

Напруга автомобільного генератора (14,0÷14,5 В) вибрано з компромісних умов - забезпечення більш-менш нормальної зарядки батареї при зменшенні газоутворення (знижується витрата води, знижується пожежна небезпека, зменшується швидкість руйнування пластин).

Зі сказаного вище можна зробити висновок, що батарею потрібно періодично, хоча б раз на місяць, повністю дозаряджати зовнішнім зарядним пристроємдля зменшення сульфатації пластин та збільшення терміну служби.

Напруга акумулятора при її розряді стартерним струмом (ІР = 2÷5 С20) залежить від сили розрядного струму та температури електроліту. На Рис.2 показані вольт-амперні характеристики акумуляторної батареї 6СТ-90 за різної температури електроліту. Якщо розрядний струм буде постійним (наприклад, IР = 3 С20, лінія 1), то напруга батареї при розряді буде тим меншою, ніж нижче її температура. Для збереження сталості напруги при розряді (лінія 2) необхідно з пониженням температури батареї знижувати силу розрядного струму.

Рис.2. Вольт-амперні характеристикиАКБ 6СТ-90 за різної температури електроліту.

3. Місткістю акумулятора (С) називається кількість електрики, яку акумулятор віддає при розряді до найменшої допустимої напруги. Місткість акумулятора виражається в Ампер-годинниках (А год). Чим більша сила розрядного струму, тим нижче напруга, до якої може розряджатися акумулятор, наприклад, при визначенні номінальної ємності акумуляторної батареї, розряд ведеться струмом I = 0,05С20 до напруги 10,5 В, температура електроліту повинна бути в інтервалі +(18÷27) °С, а час розряду 20 год. Вважається, що кінець терміну служби батареї настає, коли її ємність становить 40% від С20.

Місткість батареї в стартерних режимах визначається при температурі +25°З розрядному струмі ЗС20. В цьому випадку час розряду до напруги 6 (один вольт на акумулятор) повинен бути не менше 3 хв.

При розряді батареї струмом ЗС20 (температура електроліту -18°С) напруга батареї через 30 с після початку розряду повинна бути 8,4 В (9,0 В для батарей, що не обслуговуються), а після 150 с не нижче 6 В. Цей струм іноді називають струмом холодного прокручування або пусковим струмом, може відрізнятися від ЗС20 Цей струм вказується на корпусі батареї поруч із її ємністю.

Якщо розряд відбувається при постійній силі струму, то ємність акумулятора визначається за формулою

С = I х t де,

I - Струм розряду, A;

t - час розряду, год.

Місткість акумуляторної батареї залежить від її конструкції, числа пластин, їх товщини, матеріалу сепаратора, пористості активного матеріалу, конструкції грат пластин та інших факторів. В експлуатації ємність батареї залежить від сили розрядного струму, температури, режиму розряду (переривчастий або безперервний), ступеня зарядженості та зношеності акумуляторної батареї. При збільшенні розрядного струму та ступеня розрядженості, а також зі зниженням температури ємність акумулятора зменшується. При низьких температурах падіння ємності акумулятора з підвищенням розрядних струмів відбувається особливо інтенсивно. При температурі –20°С залишається близько 50% від ємності батареї при температурі +20°С.

Найбільш повно стан акумуляторної батареї показує саме її ємність. Для визначення реальної ємності досить повністю заряджену справну батарею поставити на розряд струмом I = 0,05 С20 (наприклад, батареї з ємністю 55 Ач, I = 0,05 х 55 = 2,75 А). Розряд слід продовжувати до досягнення величини напруги на батареї 10,5 В. Час розряду повинен становити не менше 20 годин.

Як навантаження при визначенні ємності зручно використовувати автомобільні лампи розжарювання. Наприклад, щоб забезпечити розрядний струм 2,75 А, при якому споживана потужність складе Р = I x U = 2,75 А x 12,6 В = 34,65 Вт, достатньо з'єднати паралельно лампу на 21 Вт та лампу на 15 Вт. Робоча напруга ламп розжарювання для нашого випадку має бути 12 В. Звичайно, точність установки струму подібним чином - "плюс-мінус лапоть", але для приблизного визначення стану акумуляторної батареї цілком достатньо, а також дешево і доступно.

Під час перевірки таким чином нових батарей час розряду може виявитися менше 20 годин. Це пов'язано з тим, що номінальну ємність вони набирають після 3÷5 повних циклів заряд-розряд.

Ємність АКБ можна оцінити також за допомогою вилки навантаження. Вилка навантаження складається з двох контактних ніжок, рукоятки, перемикається навантажувального опору і вольтметра. Один з можливих варіантівпоказаний на Рис.3.

Рис.3. Варіант вилки навантаження.

Для перевірки сучасних батарей, у яких доступні лише вихідні клеми, треба використовувати 12-вольтові навантажувальні вилки. Опір навантаження вибирається таким, щоб забезпечити навантаження акумулятора струмом I = ЗС20 (наприклад, при ємності батареї 55 Ач, навантажувальний опір повинен споживати струм I = ЗС20 = 3 х 55 = 165 А). Вилка навантаження приєднується паралельно вихідним контактам повністю зарядженої батареї, помічається час, протягом якого вихідна напруга знизиться від 12,6 В до 6 В. Цей час у нової, справної і повністю зарядженої батареї має бути не менше трьох хвилин при температурі електроліту +25° З.

4. Саморозряд акумулятора. Саморозрядом називають зниження ємності акумуляторів при розімкнутому зовнішньому ланцюзі, тобто при бездіяльності. Це явище викликане окислювально-відновними процесами, які мимоволі протікають як на негативному, так і на позитивному електродах.

Саморозряду особливо схильний негативний електрод внаслідок мимовільного розчинення свинцю (негативної активної маси) у розчині сірчаної кислоти.

Саморозряд негативного електрода супроводжується виділенням газоподібного водню. Швидкість мимовільного розчинення свинцю значно збільшується з підвищенням концентрації електроліту. Підвищення густини електроліту з 1,27 до 1,32 г/см3 призводить до зростання швидкості саморозряду негативного електрода на 40%.

Саморозряд може виникати також, коли акумулятор зовні забруднений або залитий електролітом, водою або іншими рідинами, які створюють можливість розряду через електропровідну плівку між полюсними висновками акумулятора або його перемичками.

Саморозряд батарей значною мірою залежить від температури електроліту. Зі зниженням температури саморозряд зменшується. При температурі нижче 0 ° С у нових батарей він практично припиняється. Тому зберігання батарей рекомендується в зарядженому стані за низьких температур (до -30°С). Усе це зображено на Рис.4.

Рис.4. Залежність саморозряду АКБ від температури.

У процесі експлуатації саморозряд залишається постійним і різко посилюється до кінця терміну служби.

Для зниження саморозряду необхідно використовувати якомога чистіші матеріали для виробництва акумуляторів, використовувати тільки чисту сірчану кислоту та дистильовану воду для приготування електроліту як при виробництві, так і при експлуатації.

Зазвичай ступінь саморозряду виражають у відсотках втрати ємності за встановлений період. Саморозряд акумуляторів вважається нормальним, якщо він не перевищує 1% на добу або 30% ємності батареї на місяць.

5. Термін зберігання нових батарей. В даний час автомобільні батареї випускаються заводом-виробником лише у сухозарядженому стані. Термін зберігання батарей без експлуатації дуже обмежений та не перевищує 2 років (гарантійний термін зберігання 1 рік).

6. Термін служби автомобільних свинцево-кислотних акумуляторних батарей - не менше 4-х років за умови дотримання встановлених заводом умов експлуатації. З моєї практики шість батарей прослужили чотири роки, а одна, найстійкіша, - цілих вісім років.

akkumulyator.reglinez.org

Електродвигуна акумулятора - ЕРС

електрорушійна, сила, акумулятора

Акумулятор - ЕРС акумулятора - Електродвигуна

ЕДС акумулятора, не включеного на навантаження, становить у середньому 2 Вольти. Вона не залежить від величини акумулятора та розміру його пластин, а визначається різницею активних речовин позитивних та негативних пластин. У невеликих межах ЕДС може змінюватися від зовнішніх факторів, з яких практичне значення має щільність електроліту, тобто більший або менший вміст кислоти в розчині. Електрорушійна сила розрядженого акумулятора, що має електроліт високої щільності, буде більше ЕДС зарядженого акумулятора з слабшим розчином кислоти. Тому про ступінь заряду акумулятора з невідомою початковою щільністю розчину не слід судити на підставі показань приладу при вимірюванні ЕДС без підключеного навантаження. Акумулятори мають внутрішній опір, який залишається постійним, а змінюється під час заряду і розряду залежно від хімічного складу активних речовин. Одним очевидним чинником опору батареї є електроліт. Оскільки опір електроліту залежить як від його концентрації, а й від температури, те й опір акумулятора залежить від температури електроліту. Зі збільшенням температури опір зменшується. Наявність сепараторів також підвищує внутрішній опір елементів. Іншим фактором, що збільшує опір елементів, є опір активного матеріалу та решіток. Крім того, на опір акумулятора впливає ступінь заряду. Сульфат свинцю, що утворюється під час розряду як на позитивних, так і на негативних пластинах, не проводить електрики і його присутність значно підвищує опір проходженню електричного струму. Сульфат закриває пори пластин, коли останні перебувають у зарядженому стані, і таким чином перешкоджає вільному доступу електроліту до активного матеріалу. Тому, коли елемент заряджений, опір його виявляється меншим, ніж у розрядженому стані.

roadmachine.ru

Електродвигуна сила - батарея - Велика Енциклопедія Нафти та Газа

Електрорушійна сила - батарея

Сторінка 1

Електрорушійна сила батареї, що складається з двох паралельних груп по три послідовно з'єднаних акумулятора в кожній групі, дорівнює 4 5 ст, струм в ланцюгу 1 5 а, напруга 4 2 ст.

Електрорушійна сила батареї дорівнює 1 8 В.

Електрорушійна сила батареї, що складається з трьох однакових послідовно з'єднаних акумуляторів, дорівнює 4 2 В. Напруга батареї при замиканні її на зовнішній опір 20 Ом дорівнює 4 В.

Електрорушійна сила батареї, що складається з трьох однакових послідовно з'єднаних акумуляторів, дорівнює 4 2 ст. Напруга батареї при замиканні її на зовнішній опір 20 ом дорівнює 4 ст.

Електрорушійна сила батареї з трьох паралельно з'єднаних акумуляторів дорівнює 1 5 в, зовнішній опір 2 8 ом, струм ланцюга дорівнює 0 5 а.

Ом – м; U - електрорушійна сила батареї, В; / - Сила струму, А; К – постійний коефіцієнт приладу.

Тому таке покриття обов'язково повинне зменшувати електрорушійну силу батареї.

При паралельному з'єднанні(див. рис. 14) електрорушійна сила батареї залишається приблизно рівною електрорушійної силі одного елемента, але ємність батареї збільшується в п разів.

Отже, за послідовному включенніп однакових джерел струму електрорушійна сила батареї, що утворюється, в п разів перевищує електрорушійну силу окремого джерела струму, проте в цьому випадку складаються не тільки електрорушійні сили, але також і внутрішні опори джерел струму. Таке включення є вигідним, коли зовнішній опір ланцюга дуже великий у порівнянні з внутрішнім опором.

Практична одиниця електрорушійної сили називається вольтом і мало відрізняється від електродвигуна батареї Даніеля.

Зауважимо, що початковий заряд конденсатора і, отже, напруга на ньому утворюються електрорушійною силою батареї. З іншого боку, початкове відхилення тіла створюється силою, що додається ззовні. Таким чином, сила, що діє на механічну коливальну систему, відіграє роль, аналогічну електрорушійній силі, що діє на коливальну електричну систему.

Зауважимо, що початковий заряд конденсатора і, отже, напруга на ньому утворюються електрорушійною силою батареї. З іншого боку, початкове відхилення тіла створюється силон, що додається ззовні. Таким чином, сила, що діє на механічну коливальну систему, відіграє роль, аналогічну електрорушійній силі, що діє на коливальну електричну систему.

Зауважимо, що початковий заряд конденсатора і, отже, напруга на ньому створюється електрорушійною силою батареї. З іншого боку, початкове відхилення тіла утворюється ззовні прикладеною силою. Таким чином, сила, що діє на механічну коливальну систему, відіграє роль, аналогічну електрорушійній силі, що діє на коливальну електричну систему.

Сторінки:      1    2

www.ngpedia.ru

Формула ЕРС

Тут – робота сторонніх сил – величина заряду.

Одиниця виміру напруги – В (вольт).

ЕРС – скалярна величина. У замкнутому контурі ЕРС дорівнює роботі сил щодо переміщення аналогічного заряду по всьому контуру. При цьому струм у контурі та всередині джерела струму тектимуть у протилежних напрямках. Зовнішня робота, що створює ЕРС, має бути не електричного походження (сила Лоренца, електромагнітна індукція, відцентрова сила, сила, що виникає під час хімічних реакцій). Ця робота необхідна подолання сил відштовхування носіїв струму всередині джерела.

Якщо в ланцюзі йде струм, то ЕРС дорівнює сумі падінь напруги у всьому ланцюзі.

Приклади розв'язання задач на тему «Електрорушійна сила»

Якщо замкнути зовнішній ланцюг зарядженого акумулятора, з'явиться електричний струм. При цьому відбуваються наступні реакції:

у негативної пластини

у позитивної пластини

де е -заряд електрона, рівний

На кожні дві молекули кислоти, що витрачається, утворюються чотири молекули води, але в той же час витрачаються дві молекули води. Тому в результаті має місце утворення лише двох молекул води. Складаючи рівняння (27.1) та (27.2), отримуємо реакцію розряду в остаточному вигляді:

Рівняння (27.1) – (27.3) слід читати зліва направо.

При розряді акумулятора на пластинах обох полярностей утворюється свинцевий сульфат. Сірчана кислота витрачається як у позитивних, так і негативних пластин, при цьому у позитивних пластин витрата кислоти більше, ніж у негативних. У позитивних пластин утворюються дві молекули води. Концентрація електроліту при розряді акумулятора знижується, причому більшою мірою вона знижується у позитивних пластин.

Якщо змінити напрям струму через акумулятор, то напрям хімічної реакції зміниться зворотний. Почнеться процес заряду акумулятора. Реакції заряду у негативної та позитивної пластин можуть бути представлені рівняннями (27.1) та (27.2), а сумарна реакція – рівнянням (27.3). Ці рівняння тепер слід читати праворуч наліво. При заряді сульфат свинцю у позитивної пластини відновлюється перекис свинцю, у негативної пластини - в металевий свинець. При цьому утворюється сірчана кислота, і концентрація електроліту підвищується.

Електрорушійна сила та напруга акумулятора залежать від безлічі факторів, з яких найважливішими є вміст кислоти в електроліті, температура, струм і нею напрямок, ступінь зарядженості. Зв'язок між електрорушійною силою, напругою і струмом може бути запи-

сану наступним чином:

при розряді

де Е 0 - оборотна ЕРС; Eп - ЕРС поляризації; R - внутрішній опір акумулятора.

Оборотна ЕРС - це ЕРС ідеального акумулятора, в якому усунуті всі види втрат. У такому акумуляторі енергія, отримана під час заряду, повністю повертається при розряді. Оборотна ЕРС залежить тільки від вмісту кислоти в електроліті та температури. Вона може бути визначена аналітично, виходячи з теплоти утворення речовин, що реагують.

Реальний акумулятор знаходиться в умовах, близьких до ідеальних, якщо струм дуже малий і тривалість його проходження також мала. Такі умови можна створити, якщо врівноважити напругу акумулятора деякою зовнішньою напругою (еталоном напруги) за допомогою чутливого потенціометра. Напруга, виміряна таким чином, називається напругою при розімкнутому ланцюзі. Воно близьке до оборотної ЕРС. У табл. 27.1 наведено значення цієї напруги, відповідні щільності електроліту від 1,100 до 1,300 (віднесені до температури 15°С) та температури від 5 до 30 °С.

Як видно з таблиці, при щільності електроліту 1,200, звичайної для стаціонарних акумуляторів, і температурі 25 ° С напруга акумулятора при розімкнутому ланцюгу дорівнює 2,046 В. У процесі розряду щільність електроліту дещо знижується. Відповідне зниження напруги при розімкнутому ланцюгу складає всього кілька сотих часток вольта. Зміна напруги при розімкнутому ланцюгу, викликане зміною температури, мізерно мало і представляє швидше теоретичний інтерес.

Якщо через акумулятор проходить деякий струм у напрямку заряду або розряду, напруга акумулятора змінюється внаслідок внутрішнього падіння напруги та зміни ЕРС, спричиненої побічними хімічними та фізичними процесами у електродів та електроліті. Зміна ЕРС акумулятора, викликана вказаними незворотними процесами, називається поляризацією. Основними причинами поляризації в акумуляторі є зміна концентрації електроліту в порах активної маси пластин по відношенню до концентрації його в іншому обсязі і зміна концентрації іонів свинцю, що викликається цим. При розряді кислота витрачається, у разі заряду утворюється. Реакція відбувається у порах активної маси пластин, і приплив чи видалення молекул та іонів кислоти відбувається через дифузію. Остання може мати місце лише за наявності деякої різниці концентрацій електроліту в області електродів та в іншому обсязі, яка встановлюється відповідно до струму та температури, що визначає в'язкість електроліту. Зміна концентрації електроліту в порах активної маси викликає зміну концентрації іонів свинцю та ЕРС. При розряді внаслідок зниження концентрації електроліту в порах ЕРС зменшується, а заряді внаслідок підвищення концентрації електроліту ЕРС підвищується.

Електрорушійна сила поляризації спрямована завжди назустріч струму. Вона залежить від пористості пластин, струму та

температури. Сума оборотної ЕРС та ЕРС поляризації, тобто. Е 0 ± Еп , є ЕРС акумулятора під струмом або динамічну ЕРС. При розряді вона менша за оборотну ЕРС, а при заряді - більше. Напруга акумулятора під струмом відрізняється від динамічної ЕРС тільки значення внутрішнього падіння напруги, яке відносно мало. Отже, напруга акумулятора під струмом також залежить від струму та температури. Вплив останньої на напругу акумулятора при розряді та заряді значно більший, ніж при розімкнутому ланцюзі.

Якщо розімкнути ланцюг акумулятора при розряді, напруга його повільно збільшиться до напруги при розімкнутому ланцюгу внаслідок дифузії електроліту. Якщо роз'єднати ланцюг акумулятора під час заряджання, напруга його повільно зменшиться до напруги при розімкнутому ланцюгу.

Нерівність концентрацій електроліту в галузі електродів та в іншому обсязі відрізняє роботу реального акумулятора від ідеального. При заряді акумулятор працює так, ніби він містив дуже розведений електроліт, а при заряді - дуже концентрований. Розведений електроліт увесь час поєднується з більш концентрованим, при цьому деяка кількість енергії виділяється у вигляді тепла, яке за умови рівності концентрацій могло б бути використане. В результаті енергія, віддана акумулятором при розряді, менша за енергію, отриману при заряді. Втрата енергії відбувається внаслідок недосконалості хімічного процесу. Цей вид втрат є основним в акумуляторі.

Внутрішній опір акумулютора.Внутрішній опір складається з опорів каркасу пластин, активної маси, сепараторів та електроліту. Останнє становить більшу частину внутрішнього опору. Опір акумулятора збільшується при розряді і зменшується при заряді, що є наслідком зміни концентрації розчину та вмісту суль-

фата в активній масі. Опір акумулятора невеликий і помітний лише при великому розрядному струмі, коли внутрішнє падіння напруги досягає однієї або двох десятих вольта.

Саморозряд акумулятора.Саморозрядом називається безперервна втрата хімічної енергії, запасеної в акумуляторі, внаслідок побічних реакцій на пластинах обох полярностей, викликаних випадковими шкідливими домішками у використаних матеріалах або домішками, внесеними до електроліту в процесі експлуатації. Найбільше практичне значення має саморозряд, викликаний присутністю в електроліті різних сполук металів, більш електропозитивних, ніж свинець, наприклад міді, сурми та ін. Метали виділяються на негативних пластинах і утворюють зі свинцем пластин безліч короткозамкнутих елементів. В результаті реакції утворюються свинцевий сульфат та водень, що виділяється на металі забруднення. Саморозряд може бути виявлений з легкого виділення газу у негативних пластин.

На позитивних пластинах саморозряд відбувається також внаслідок звичайної реакції між свинцем основи, перекисом свинцю та електролітом, у результаті якої утворюється сульфат свинцю.

Саморозряд акумулятора відбувається завжди: як при розімкнутому ланцюзі, так і при розряді та заряді. Він залежить від температури та щільності електроліту (рис. 27.2), причому з підвищенням температури та щільності електроліту саморозряд збільшується (втрата заряду при температурі 25 °С та щільності електроліту 1,28 прийнята за 100%). Втрата ємності нової батареї внаслідок саморозряду становить близько 0,3% на добу. З віком батареї саморозряд збільшується.

Ненормальна сульфатація пластин.Свинцевий сульфат утворюється на пластинах обох полярностей при кожному розряді, що з рівняння реакції розряду. Цей сульфат має

тонка кристалічна будова і зарядний струм легко відновлюється в металевий свинець і перекис свинцю на пластинах відповідної полярності. Тому сульфатація у сенсі - нормальне явище, що становить невід'ємну частину роботи акумулятора. Ненормальна сульфатація виникає, якщо акумулятори піддаються надмірному розряду, систематично недозаряджаються або залишаються в розрядженому стані та бездіяльності протягом тривалого часу, а також якщо вони працюють із надмірно високою щільністю електроліту та за високої температури. У умовах тонкий кристалічний сульфат стає більш щільним, кристали ростуть, сильно розширюючи активну масу, і важко відновлюються при заряді внаслідок великого опору. Якщо батарея перебуває у бездіяльності, утворенню сульфату сприяють коливання температури. При підвищенні температура дрібні кристали сульфату розчиняються, а при подальшому її зниженні сульфат повільно викристалізовується і кристали ростуть. Через війну коливань температури великі кристали утворюються з допомогою дрібних.

У сульфатованих пластин пори закупорені сульфатом, активний матеріал видавлюється з грат і пластини часто жолобляться. Поверхня сульфатованих пластин стає жорсткою, шорсткою, і при розтиранні

матеріалу пластин між пальцями відчувається ніби пісок. Темно-коричневі позитивні пластини стають світлішими, і на поверхні виступають білі плями сульфату. Негативні пластини стають твердими, жовтувато-сірими. Місткість сульфатиро-шнного акумулятора знижується.

Початкова сульфатація може бути усунена тривалим зарядом гавкаючим струмом. При сильній сульфатації необхідні особливі заходи для приведення пластин у нормальний стан.

Висловлюю щиру подяку Кувалді (Kuvalda.spb.ru Ушкалов Євген Юрійович)
за підтримку і спонукання мене: струсити старовиною, згадати,
що я таки фізик і хімік, і взятися за старе:

Перш за все, вважаю обов'язком відзначити, що (незважаючи на мої старання) нижченаведені міркування засновані на фундаментальних науках, а тому вимагають все ж таки деяких зусиль для осмислення. Не бажаючим докладати цих зусиль, а також тим, хто плутає напругу та ємність, читати не рекомендується – бережіть себе!

Для ясності викладу, і не бажаючи перевантажувати текст надто складними поняттями термодинаміки та хімічної кінетики, що далеко виходять за рамки загальних курсів фізики та хімії технічних вузів, я дозволю собі деякі спрощення (у всіх випадках коректні), які (ні в якому разі) не будуть суперечити істині – заздалегідь приношу свої вибачення перфекціоністам. Точні викладки всі бажаючі можуть виконати самостійно - вся необхідна література є у будь-якій науково-технічній бібліотеці

Плутанина

Мої дискусії на сторінках уазовської конфи ясно продемонстрували, що не всі учасники автомобілізації країни ясно уявляють що ж таке акумуляторна батарея. Щоб бути зрозумілим правильно, постараюся визначити поняття з якими матиму справу.

Батарея (АКБ)

Набір осередків (банок), послідовно з'єднаних у кількості шести. У тексті на правах синонімів використовуються слова "акумулятор" та АКБ.
Осередок, вона ж "банку" - елементарний елемент акумулятора, що складається як мінімум (реально більше 10) з однієї пари активних пластин Pb - PbO2, залитих електролітом.

Напруга

Те, що вимірюється на клемах АКБ шляхом підключення тестера або напряжеметром, що знаходиться на панелі приладів. Винятково зовнішня характеристика. Залежить від багатьох чинників, як зовнішніх стосовно АКБ, і внутрішніх.

Загалом, напруга це єдина величина, що нормально вимірюється, асоційована з АКБ. Нічого іншого нормально поміряти не вдається. Ні ємність. Ні реальний струм. Ні внутрішній опір, ні ЕРС

ЕРС

Суто внутрішняхарактеристика осередкиАКБ, на жаль, найбільш драматичним чином впливає на зовнішні проявиАКБ.

Розмір ЕРС визначається рівноважним станом реакції основних реагентів. У нашому випадку це Pb+PbO2+2H2SO4(-)+2H(+) = 2PbSO4+2H2O.

Визначити її формально досить складно - для цього потрібно застосування складних термодинамічних розрахунків термодинамічного стану системи, але в інженерноїпрактиці застосовується інженерна формула, що забезпечує інженерну точністьдля свинцевих акумуляторів у діапазоні щільностей електоліту 1.1-1.3 кг/л E=0.85+P де Р – щільність електоліту.

Застосовуючи її визначення ЕРС при стандартному значенні щільності електроліту автомобільного акумулятора 1.27 отримуємо значення 2.12В банку чи 12.7В на АКБ.
Для перфекціоністів.Шукати тут розмірність безглуздо – як у більшості формул для спрощених інженерних розрахунків.

У практичному сенсі ця формула нам ще знадобиться.
З точністю, що нас тут цікавить, ніякі інші фактори на величину ЕРС не впливають. Залежність ЕРС від температури оцінюється тисячними вольтами на градус, чим очевидно можна знехтувати.
Усі легуючі добавки та інше срібло дійсно покращують експлуатаційні характеристики(Підвищують стабільність, збільшують термін служби, знижують внутрішній опір) але не впливають на ЕРС.

На жаль, у сучасному акумуляторі поміряти її можна лише побічно та з відомими припущеннями. Наприклад, допускаючи, що струми витоку дорівнюють нулю (тобто АКБ чистий і сухий зовні, не має тріщин і протікань всередині між банками, що в електроліті немає солей металів, а опір вимірювального приладу нескінченно).

Для вимірювань з точністю, що нас цікавить, досить просто від'єднати АКБ від усіх споживачів (зняти клему) і скористатися цифровим мультиметром (тут треба мати на увазі, що клас точності більшості цих приладів не дозволяє визначити справжнє значення, роблячи їх придатними лише для відносних вимірювань).

Внутрішній опір

Величина грає ключову роль нашому сприйнятті дійсності АКБ.
Саме завдяки йому, точніше, його збільшенню, відбуваються всі неприємності, пов'язані з АКБ.

Спрощено це можна уявити як послідовно підключений з акумулятором резистор, деякого опору:

Величина, яку неможливо помацати, ні поміряти. Залежить вона від конструктивних особливостейАКБ, ємності, ступеня його розрядженості, наявності сульфатації пластин, внутрішніх обривів, концентрації електроліту та його кількості та, звичайно ж, температури. На жаль, внутрішній опір залежить як від " механічних " параметрів, а й від струму, у якому працює АКБ.

Чим АКБ більше, тим внутрішній опір менший. У нової АКБ 70-100 Ач величина внутрішнього опору близько 3-7 мОм (за нормальних умов).

При зниженні температури швидкість обміну хімічних реакцій знижується, а внутрішній опір, відповідно, зростає.

У нового акумулятора внутрішній опір найменший. В основному воно визначається конструкцією струмонесучих елементів та їх опором. Але в процесі експлуатації починають накопичуватися незворотні зміни – зменшується активна поверхня пластин, з'являється сульфатація, змінюються властивості електроліту. І опір починає зростати.

Струм витоку

Є в акумуляторі будь-якого типу. Буває внутрішнімі зовнішнім.

ВнутрішнійСтрум витоку невеликий і для сучасної батареї 100Ач становить близько 1 мА (приблизно еквівалентно втрати 1% ємності на місяць) Його величина визначається чистотою електроліту, особливо ступенем забрудненості його солями металів.

Треба зауважити, що зовнішні струми витоку через бортову мережу автомобіля, істотно вищі за внутрішні справного АКБ.

Процеси

Небажаючі "вдаватися" можуть пропустити цей розділ і перейти прямо до розділу

Розряд акумулятора

При розряді акумулятора генерується струм за рахунок осадження SO4 на пластинах, у зв'язку з чим знижується концентрація електроліту та поступово підвищується внутрішній опір.

Характеристики розряду АКБ.
Верхня крива відповідає струму десятигодинного розряду
Нижня - тригодинна

При повному розряді практично вся активна маса перетворюється на сірчанокислий свинець. Саме тому тривале перебування у стані розрядки згубно для акумулятора. Щоб уникнути сульфатації необхідно якнайшвидше провести зарядку батареї.

При цьому чим більше в АКБ електроліту (щодо маси свинцю) тим менше знижується ЕРС комірки. Для розрядженого на 50% акумулятора падіння ЕРС становить близько 1%. Крім того, "запас" електроліту у різних виробниківрізний, тому зниження ЕРС, так само як і щільності електроліту буде відрізнятися.

Через незначне зниження ЕРС практично неможливо визначити ступінь розрядженості батареї, просто вимірюючи напругу на ній (для цього існують вилки навантаження, що задають значний струм). Особливо застосовуючи штатний напряжеметр (прилад це не є вольтметром у точному розумінні цього слова – скоріше індикатором напруги) автомобіля.

Максимальний струм, який здатна забезпечити батарея, в основному залежить від активної поверхні пластин, а її ємність від активної маси свинцю. При цьому більш товсті пластини можуть бути менш ефективними, оскільки "внутрішні шари свинцю при цьому важко зробити "активними". Крім того, потрібен додатковий електроліт.
Чим більш пористою примудрився зробити виробник пластину, тим більший струм вона здатна забезпечити.

Тому всі батареї, побудовані за подібною технологією, забезпечують приблизно однакові стартові струми, але більш важкі можуть забезпечити велику ємність при порівнянних розмірах.

Заряджання Батареї

Процес заряджання батареї полягає в електрохімічному розкладанні PbSO4 на електродах під впливом постійного струмузовнішнього джерела.
Процес заряду повністю розрядженої батареї схожий на процес розряду як би "перевернутий" догори ногами.

Спочатку струм заряду обмежений лише здатністю джерела генерувати необхідний струм та опором струмонесучих елементів. Теоретично він обмежений лише кінематикою процесу розчинення (швидкістю з якою продукти реакції виводяться з активної зони). Потім, у міру "розчину" молекул сірчаної кислоти, струм знижується.

Якби можна було знехтувати побічними процесами, при повній зарядці батареї струм став би дорівнювати нулю. Акумулятор перестає приймати заряд. На жаль у реальній батареї завжди є струм витоку та вода. Для компенсації струму витоку застосовується постійний підзаряд батареї.

Стандартно свинцеву АКБ рекомендують заряджати, використовуючи джерело напруги.
Рекомендована напруга заряду на одну комірку (за даними VARTA) становить приблизно 2.23В або 13.4В на всю батарею. Більше висока напругазаряду призводить до більш швидкого накопичення заряду, але одночасно збільшує кількість води, що розкладається.

Легенда:
"Перезаряджений" акумулятор псується і втрачає ємність.
Дійсно Ni-Cd акумуляторипсуються (втрачають ємність) при тривалому перезаряді, чого не відбувається зі свинцевими. Свинцеві при заряді великою напругою лише втрачають воду (википає саме вода) - у широких межах процес повністю оборотний простим додаванням води. При тривалому підзаряді "правильною" напругою (2.23В) втрат води не відбувається.

На щастя, свинцевий акумулятор не псується в режимі безперервного підзаряду. Навпаки, цей режим всіляко заохочується та рекомендується. Тому на автомобілі (і у всіх інших випадках промислового використання) свинцеві АКБ знаходяться в режимі постійної підзарядки при напругах в межах 2.23 - 2.4В на комірку.

З малюнка видно, що при збільшенні надмірної напруги на акумуляторі вдвічі, струм підзаряду зростає вдесятеро, що призводить до невиправданої витрати води та передчасного виходуАКБ із ладу.

Для сучасного акумулятора струм оптимальний струм підзаряду близько 15 мА (що і відповідає напрузі підзаряду в 2.23В на комірку). При такому струмі вода, що розкладається при електролізі, "встигає" рекомбінувати в розчині і не втрачається - тобто процес може тривати нескінченно довго (в інженерному сенсі).

Практика

Напруга на АКБ

Багато хто плутає напругана батареї з ЕРС акумулятора. Як зазначалося, ці величини взаємопов'язані, але з тотожні. Тут колосальну роль грає внутрішній опір.

Наприклад при розряді стартерними струмами, позначеними порядку 400 А, внутрішній опір 4 мОм відповідно до закону Ома перетворюється на падіння напруги в 1.6, опір поляризації додає ще близько 0.5В - і це на самому початку розряду. Наведені дані відповідають новим АКБ ємністю близько 100 Ач. Для старих, застарілих батарей або батарей меншої ємності втрати будуть більшими. Для батареї 50 Ач того ж типу потер приблизно вдвічі більше.

При заряді від генератора (який прикидається джерелом напруги, насправді як джерело струму, придушеним регулятором), напруга повинна відповідати умовам швидкого підзаряду і визначається реле регулятором.

Оскільки середній пробігавтомобіля недостатній для повної зарядки акумулятора, застосовується компромісне значення напруги, що трохи перевищує оптимальне значення підзаряду в 2.23В на банку або 13.38 на батарею, але трохи менше, ніж напруга швидкої підзарядки в 2.4В (14.4В на батарею). Оптимальним є значення 13.8-14.2В. При цьому втрати води залишаються прийнятними, а акумулятор отримує повний заряд при середньостатистичному пробігу.

Старіння (розряд) АКБ призводить до того, що напруга, яку він здатний забезпечити під навантаженням, падає за рахунок великих втрат на внутрішньому опорі, при тому, що без навантаження його значення залишається практично тотожним новому (цілком зарядженому). Тому визначити стан АКБ просто вольтметром практично неможливо.

Різні типи батарей можуть мати різні щільностіелектроліту. При цьому ЕРС (і відповідно напруга розімкнутого акумулятора) може дещо відрізнятися для різних батарей. При цьому розряджена батарея з більшою густиною електроліту може видавати більше значення напруги, ніж повністю заряджена батарея з меншою густиною електроліту.

Легенда:
Напруга на АКБ залежить від температури.
Напруга від'єднаного акумулятора практично не залежить від температури. Залежить внутрішній опір та кількість запасеної енергії. Стартер погано крутить через велике падіння напруги на внутрішньому опорі, а обмеження часу роботи стартера пов'язане зі зниженою ємністю акумулятора через знижену активність хімічних реакцій.

З'єднання АКБ

Саме ця тема і змусила мене взятися за цю масштабну працю. Висновки, подані тут, ґрунтуються на аргументації, наведеній вище. Практичних висновків аргументації не вимагають.

Легенда 1
Автомобільні акумулятори з'єднувати паралельно не можна, оскільки при цьому акумулятор, який має велику напругу, постійно заряджатиме акумулятор із меншою напругою. Відповідно, один буде постійно перезаряджений, а інший розряджений.

У цій легенді є кілька фактичних і понятійних помилок.

Осередок АКБ утворюється кількома парами (або кількома десятками пар) пластин, серединними паралельно підвищення ефективної поверхні елемента. Отже, паралелізм закладено в основі технології акумулятора.

Напруга на акумуляторі за відсутності навантаження умовно дорівнює його ЕРС.
Як відомо, величина ЕРС практично не залежить від жодних зовнішніх і внутрішніх параметрів, крім щільності електроліту. Ця величина не залежить ні від ємності АКБ, ні від пористості електрода, ні від добавок, що легують, ні від матеріалу струмопровідних частин. Також слабко вона залежить від рівня розрядженості батареї. Тому напруга двох свинцевих автомобільних акумуляторів, що відповідають нормам буде завжди близьким. Технологічна різниця, що виникає за рахунок неточності щільності електроліту (1.27-1.29 за ГОСТом, допуски VARTA на порядок менші) може бути легко визначена (див. вище) і становить 0.02В, тобто 20 мВ.

Якщо вважати, що в момент припинення заряду (вимикання двигуна) обидва акумулятори повністю заряджені, максимально можлива різниця потенціалів на їх клемах складе 20 мВ, незалежно від стану, виробника та ін.

Навіть якщо припустити, що використовуються АКБ різних класів (наприклад, автомобільна і промислова з щільністю електроліту 1.25), то і в цьому випадку різниця потенціалів скласти лише близько 40 мВ. Для повністю зарядженої батареї це призведе до виникнення струму електролізу близько 3-5 мА, що відповідає струму витоку не дуже хорошого акумулятора.

Розряд такими струмами для батареї неістотний, а перезаряд не настає.

Тепер розглянемо ситуацію, коли паралельно об'єднані два акумулятори суттєво різної ємності.

На початку зарядки, коли струм обмежений можливостями генератора, звичайно припустити, що він поділиться між батареями пропорційно активної площі пластин. Тобто ступінь зарядженості акумуляторів при неповному заряді буде приблизно однаковим (короткому пробігу). Система буде поводитися як великий акумулятор, який не встиг дозарядитися.

Легенда 2
В імпортних автомобілях використовують спеціальні реле для підключення батарей додаткового обладнання (Auxiliary), щоб не з'єднувати їх паралельно (Легенда 1)

Повна нісенітниця, маючи на увазі вищесказане. Це реле служить для більш прозаїчної мети. При великій навантаженості електросистеми автомобіля додатковим обладнанням(Типу телевізор, музика великої потужності, холодильник тощо), існує велика ймовірність "посадити" акумулятор. Для того, щоб після того, як весело провів день на природі під музику, все ж таки виїхати, стартерну батарею відключають, уникаючи тим самим її глибокого розряду.
Є старий анекдот для наших ментів, які досхочу "настрілявшись" радаром метушилися "прикурити":

Так ось цей ефект значно значніший, ніж "перезарядки".

Практичні висновки

Паралельно з'єднувати акумулятори можливо, але з огляду на такі рекомендації.

• Не варто використовувати АКБ різних класів (наприклад автомобільні та промислові), а також різних виконань (наприклад тропічного та арктичного) оскільки вони використовують електроліт різної щільності.
• При тривалій стоянціварто відключати АКБ як від споживачів, а й друг від друга.

Акумулятор - ЕРС акумулятора - Електродвигуна

ЕДС акумулятора, не включеного на навантаження, становить у середньому 2 Вольти. Вона не залежить від величини акумулятора та розміру його пластин, а визначається різницею активних речовин позитивних та негативних пластин.
У невеликих межах ЕДС може змінюватися від зовнішніх факторів, з яких практичне значення має щільність електроліту, тобто більший або менший вміст кислоти в розчині.

Електрорушійна сила розрядженого акумулятора, що має електроліт високої щільності, буде більшою за едс зарядженого акумулятора з більш слабким розчином кислоти. Тому про ступінь заряду акумулятора з невідомою початковою щільністю розчину не слід судити на підставі показань приладу при вимірюванні ЕДС без підключеного навантаження.
Акумулятори мають внутрішній опір, який залишається постійним, а змінюється під час заряду і розряду залежно від хімічного складу активних речовин. Одним очевидним чинником опору батареї є електроліт. Оскільки опір електроліту залежить як від його концентрації, а й від температури, те й опір акумулятора залежить від температури електроліту. Зі збільшенням температури опір зменшується.
Наявність сепараторів також підвищує внутрішній опір елементів.
Іншим фактором, що збільшує опір елементів, є опір активного матеріалу та решіток. Крім того, на опір акумулятора впливає ступінь заряду. Сульфат свинцю, що утворюється під час розряду як на позитивних, так і на негативних пластинах, не проводить електрики і його присутність значно підвищує опір проходженню електричного струму. Сульфат закриває пори пластин, коли останні перебувають у зарядженому стані, і таким чином перешкоджає вільному доступу електроліту до активного матеріалу. Тому, коли елемент заряджений, опір його виявляється меншим, ніж у розрядженому стані.

Акумуляторна батарея - один із найскладніших пристроїв сучасного автомобіля. У ній безперервно протікають багато електрохімічних і фізичних процесів, взаємопов'язані і значною мірою обумовлені впливом зовнішніх факторів. І як будь-який складний пристрій вимагає відповідного догляду при відповідній кваліфікації.

Автолюбителя, здебільшого, цікавлять суто практичні питання. Такі, як наприклад, чому батарея вже через два сезони не забезпечує пуск справного двигуна? Чому батарея прослужила лише два роки, а не 5 або 8 років, хоча й пройшов автомобіль по 3 тисячі кілометрів на рік через відсутність бензину? Що треба робити для того, щоб акумуляторна батарея служила довго і не підводила в невідповідний момент? І скільки їй приділяти часу, і чи не варто з нею поратися щодня? І багато інших подібних питань.

Для відповідей на ці питання необхідно користуватися не тільки готовими рекомендаціями та інструкціями, але й мати певний рівень знань про акумуляторні батареї.

Акумулятори, як і інші хімічні джерела струму, інтенсивно вивчаються та вдосконалюються, проте часто багато публікацій недоступні для автолюбителя та розуміння низки питань потребує спеціальної професійної підготовки. Багато журнальних статтях, посібниках, рекомендаціях, інструкціях тощо. поряд з безумовно правильною і корисною інформацієюбагато суб'єктивізму, а в ряді випадків, на жаль, проглядається нерозуміння, незнання та корпоративні інтереси авторів (особливо у журналі "За кермом").

Даний посібник має дуже просту мету - дати автоаматору початкові знання щодо догляду за акумуляторною батареєю. Ми намагалися уникнути складних теоретичних викладок м формул. Проте повністю виключити теоретичні відомості не можна.

Без розуміння основних процесів, що протікають в акумуляторі в тих чи інших умовах, неможливо побудувати оптимальну тактику догляду за акумуляторною батареєю в реальних умовах експлуатації

(власне акумулятора), уникнути прикрих помилок, навіть користуючись величезною кількістю правильних рекомендацій.

Ми розуміємо, що цей посібник теж не позбавлений недоліків, проте постаралися в логічній послідовності викласти відомі факти, різні методики та роботи з догляду за

акумулятор. Сподіваємося, що матеріал, викладений у посібнику, допоможе автолюбителю доглядати за акумуляторною батареєю.

2. ОСНОВНІ ПРОЦЕСИ В АКУМУЛЯТОРІ

2.1. Поняття та визначення

Акумулятор є оборотним джерелом струму. Він здатний віддавати в навантаження у зовнішньому ланцюзі раніше запасену енергію. на легкові автомобілівстановлюються акумуляторні батареї, що складаються із шести послідовно включених акумуляторів. Вони здатні забезпечувати великі розрядні струми і відносяться до класу акумуляторних батарей. Це відображено у маркуванні батарей. Наприклад, батарея 6СТ-55 містить 6 акумуляторів, стартерна, номінальна енергоємність становить 55 ампер-годин.

Наведемо деякі основні поняття та визначення, що характеризують акумуляторну батарею у різних режимах роботи.

Електрорушійна сила (ЕРС) - це різниця електродних потенціалів при розімкнутій електричного ланцюга. ЕРС акумулятора залежить від щільності температури електроліту та складу активної маси пластин. Виражається ЕРС у вольтах і зазвичай позначається буквою Е . Виміряти ЕРС можна вольтметром з великим внутрішнім опором, що перевищує 20 кОм.

ЕРС спокою (Е0) - це ЕРС акумулятора, що знаходиться тривалий час (більше 2-3 години) без навантаження.

ЕРС акумулятора під навантаженням відрізняється від ЕРС спокою. Це викликано тим, що при проходженні струму в ланцюгу на електродах та електроліті відбуваються незворотні фізичні та хімічні процеси, пов'язані з втратою енергії. Один із них – це процес поляризації.

ЕРС поляризації ( Еп ) - це ЕРС акумулятора за наявності поляризації пластин.

Еп завжди спрямована назустріч струму.

При заряді ЕРС акумулятора дорівнює сумі ЕРС спокою та ЕРС поляризації:

Е = Е0 + Еп ,

а при заряді

Е = Е0 - Еп .

Величину Е називають динамічною ЕРС, або просто ЕРС акумулятора.

У замкнутому електричному ланцюгу постійного струму, коли до акумулятора підключені споживачі, зв'язок між ЕРС, що проходить по ланцюгу струмом і опором ланцюга визначається за законом Ома:

Е = I (R + r), (1)

де Е - ЕРС, В;

I - сила струму в ланцюзі, А;

R - Активний опір зовнішнього ланцюга, Ом;

r - повний опір ділянки електричного кола всередині самого джерела струму, Ом.

Вираз (1) можемо переписати у вигляді:

Е = IR + Ir , (2)

тобто. ЕРС акумулятора компенсує падіння напруги на зовнішньому ланцюзі U=IR і падіння напруги всередині самого джерела струму на його повному внутрішньому опорі Ur=I*r .

Величина U=I*R - це напруга акумулятора. Це напруга на затискачі акумулятора, яка використовується для роботи споживачів струму.

З рівняння (2) видно, що під час роботи акумулятора його напруга U завжди менше ніж ЕРС, оскільки

U = E - Ur .

У міру зношування акумулятора його внутрішній опір зростає. Це одна з причин зниженої напруги на затискачі акумулятора під навантаженням. оскільки збільшується Ur. У розрядженого акумулятора ситуація схожа.

Розрізняють зарядну напругу, рівну

Uе = E + Iз * r ,

та розрядна напруга:

Uр - E - Iр * r ,

де Із - Зарядний струм, А;

Ір - Розрядний струм, А;

r – внутрішній опір акумулятора, Ом.

Нормальний зарядний струм - величина зарядного струму ( А ).

чисельно рівна 0.1 ємності акумуляторної батареї, виражена в ампер-годинниках.

Внутрішній опір акумулятора складається з опору електродів, електроліту та опору, зумовленого сепараторами (прокладками між пластинами). Внутрішній опір – величина непостійна. Воно залежить від конструкції електродів, стану активної маси, густини електроліту, температури. У повністю зарядженому акумуляторі внутрішній опір значно менше, ніж у розрядженого. Пояснюється це тим, що електропровідність активної маси зарядженого акумулятора вища, ніж у розрядженого.

Місткість акумулятора - це кількість електрики, яка може запасти або віддати акумулятор.

Місткість залежить від величини струму розряду. Місткість акумулятора визначається як величина, що дорівнює добутку постійного струму на час при 20-годинному режимі розряду до напруги 1.7 В:

Q20 = Ip * tp = Ip * 20 (А * год),

де Ір - Величина розрядного струму,

tр – час розряду.

Ємність струму розрядна Qр - номінальна ємність акумулятора при розряді:

Qp = Ip * tp ,

де Ip - Величина розрядного струму, А;

tp - Час розряду.

Зарядна ємність акумулятора – характеризує кількість електрики, отриману акумулятором у процесі заряду:

Qз = Iз * tз ,

де Qз - зарядна ємність, А * год;

Із - Зарядний струм, А;

tз - Час заряду, год.

У сучасних акумуляторів ККД за ємністю дорівнює 0.85.

Місткість по енергії - характеризує здатність акумулятора виконати електричну роботуза певний час.

Вимірюється у ват-годинах.

Ємність енергії при розряді:

Ap = Up * Ip * tp ,