Аккумуляторные батареи

Емкость аккумулятора - это количество электричества, которое может запасти или отдать аккумулятор.

Емкость зависит от величины тока разряда. Емкость аккумулятора определяется как величина, равная произведению постоянного тока на время при 20-часовом режиме разряда до напряжения 1.7 В:

Q20 = Ip*tp = Ip*20 (А*ч),

где Iр - величина разрядного тока,

tр - время разряда.

Емкость по току разрядная Qр - номинальная емкость аккумулятора при разряде:

Qp = Ip*tp ,

где Ip - величина разрядного тока, А;

tp - время разряда.

Зарядная емкость аккумулятора - характеризует количество электричества, полученное аккумулятором в процессе заряда:

Qз = Iз * tз ,

где Qз - зарядная емкость, А*ч;

Iз - зарядный ток, А;

tз - время заряда, ч.

У современных аккумуляторов КПД по емкости равно 0.85.

Емкость по энергии - характеризует способность аккумулятора выполнить электрическую работу за определенное время.

Измеряется в ватт-часах.

Емкость по энергии при разряде:

Ap = Up * Ip * tp ,

где Up - разрядное напряжение (среднее), В;

Ip - ток разряда, А;

tp - время разряда, ч.

Емкость по энергии при заряде:

Аз = Uз * Iз * tз ,

где Uз - среднее зарядное напряжение, В;

Iз - ток заряда, А;

tз - время заряда, ч.

КПД аккумулятора по энергии (отдача аккумулятора) определяется как отношение емкости по энергии при разряде к емкости при разряде:

Современный аккумулятор имеет КПД по энергии, равный 0.68* По мере износа аккумулятора эта величина уменьшается.

Емкость аккумулятора сильно зависит от режима разряда. При больших токах разряда она падает в несколько раз по сравнению с разрядом током 20-часового режима разряда. Например, в стартерных режимах, когда ток достигает 150-200 А емкость батареи падает в 2-3 раза. При снижении температуры емкость аккумулятора также уменьшается.

С повышением температуры емкость аккумулятора увеличивается, однако при температурах выше 45 С аккумуляторы необратимо теряют емкость и сокращается их срок службы.

Саморазряд аккумулятора - потеря заряда заряженным аккумулятором.

Саморазряд внутренний - обусловлен химическими реакциями в аккумуляторе. У исправных аккумуляторов при t=+1...+20 С за 1 сутки составляет 1% от номинальной емкости, или 30% за месяц. При снижении температуры ток саморазряда уменьшается.

Очевидно, что неработающий аккумулятор необходимо заряжать 1-2 раза в месяц. По мере старения аккумулятора саморазряд протекает более интенсивно.

Саморазряд внешний - обусловлен электропроводностью загрязненной поверхности между клеммами аккумулятора. Может достигать величин 0.5 А и более.

Очевидно, что батарею необходимо очищать от загрязнений.

Срок службы аккумулятора - время безотказной работы, в течение которого обеспечивается и стартерный режим.

Срок службы аккумулятора зависит от очень многих внутренних и внешних факторов. Гарантийный срок (который может быть уменьшен при неправильном уходе) указывается в паспорте и зависит от конструкции и технологии изготовления.

Обычно это 200-300 циклов заряда-разряда для намазных пластин и 1500-2000 для панцирных пластин.

Понятно, что следует избегать длительных стартерных режимов разряда, глубоких разрядов.

При заряде сульфат свинца обеих пластин под действием электрического тока при электролизе переходит на положительной пластине в перекись свинца, а на отрицательной - в губчатый свинец.

Как видно из уравнения, в процессе заряда плотность электролита повышается из-за образования серной кислоты.

В конце цикла заряда количество уменьшается и более активно происходит электролиз воды с выделением на положительном электроде кислорода, а на отрицательном - водорода. Этим обусловлено интенсивное газовыделение в конце заряда. Часть воды из электролита удаляется.

Поэтому после прекращения заряда аккумулятора в течение 2-3 часов идет выравнивание плотности электролита в порах активной массы и в межэлектродном пространстве. Через 3 часа после зарядки аккумулятора необходимо проверить и откорректировать плотность электролита, добавив или дистиллированной воды или кислоты по мере необходимости.

Плотность полностью заряженного аккумулятора должна быть

dз = 1.28+0.005 г/см3

Во время заряда плотность электролита в аккумуляторах повышается постепенно и только к концу заряда принимает постоянное значение. Напряжение на аккумулятора медленного возрастает с 2.2 до 2.4 В, начинается газовыделение.

Напряжение в конце заряда составляет 2.6-2.65 В, при этом происходит обильное газовыделение.

Это объясняется тем, что практически закончено преобразование сульфата свинца и вся энергия тока зарядного устройства расходуется на электролитическое разложение воды.

Процесс заряда аккумулятора описывается определенным набором зарядных характеристик.

Зарядными характеристиками аккумулятора называются изменяющиеся во времени в процессе заряда следующие величины:

- напряжение аккумулятора;

- ЭДС покоя;

- динамическая ЭДС;

- плотность электролита;

- температура электролита;

- интенсивность газовыделения.

Все эти характеристики взаимозаменяемы и зависят от многих факторов, определяющих состояние аккумулятора, и величины зарядного тока.

При температуре +20 С и постоянной нормальной величине зарядного тока для исправного аккумулятора эти характеристики меняются следующим образом.

Напряжение аккумулятора - для разряженного аккумулятора в начале заряда 2.18 В. Затем оно в течение 1-2 часов возрастает до 2.25-2.3 В и очень медленно увеличивается (6-8 часов), после чего начинает быстро возрастать при достижении напряжения 2.4 В. При напряжение U2.7 В начинается перезаряд аккумулятора.

ЭДС покоя зависит от температуры и концентрации электролита. Для разряженного аккумулятора ЭДС покоя = 1.95 В, а для заряженного - 2.18 В. По мере заряда аккумулятора эта характеристика меняется линейно между указанными граничными значениями. По ЭДС можно судить о степени заряженности аккумулятора, однако весьма приближенно, поскольку изменяется ЭДС покоя на небольшую величину и зависит от нескольких факторов.

Динамическая ЭДС имеет почти такой же характер зависимости от времени, как и напряжение. Она немного меньше напряжения, В начале заряда динамическая ЭДС равна 1.95 В, а в конце - примерно 2.7 В.