 |
Основные параметры аккумулятора
|
|
|
|
Рабочие процессы, протекающие в свинцово-кислотном аккумуляторе, при его заряде и разряде, сопровождаются количественными изменениями ряда физических величин.
Такими физическими величинами, характеризующими состояние и свойства аккумулятора, являются:
электродвижущая сила (ЭДС), 
;
напряжение, 
;
полезная мощность, 
;
внутреннее сопротивление 
;
номинальная емкость, 
.
Электродвижущей силой аккумулятора, находящегося в покое, называется разность потенциалов положительного и отрицательного электродов при разомкнутой внешней цепи:
,
где 
и 
– потенциалы положительного и отрицательного электродов.
ЭДС аккумулятора зависит только от химических и физических свойств пластин и электролита (от величины электродных потенциалов).
Величина ЭДС свинцово-кислотного аккумулятора определяется из уравнения:
,
где 
– универсальная газовая постоянная;
– абсолютная температура;
– число Фарадея;
– активности серной кислоты и воды соответственно.
Значение 
при температуре +250 С (2980 К) равно 0,02565 В.
ЭДС покоя свинцово-кислотного аккумулятора изменяется в зависимости от концентрации электролита и может быть определена по эмпирической формуле:
,
где 
(Т-25) – плотность электролита при температуре +250 С (2980 К).
Для аккумуляторов, в которых плотность электролита изменяется в пределах 1,08…1,28 г/см3, ЭДС соответственно равна 1,92…2,12 В.
ЭДС аккумулятора достаточно точно может быть измерена с помощью вольтметра, имеющего большое внутреннее сопротивление не менее 1000 Ом на 1 В).
При этом измерять ЭДС следует после пребывания аккумулятора в течение некоторого времени в покое, для того, чтобы плотность электролита в порах пластин и сосуде стала одинаковой.
|
|
|
Напряжение аккумулятора отличается от ЭДС на величину падения напряжения во внутренней цепи.
Напряжение аккумулятора при разряде 
меньше ЭДС:
,
где 
– разрядный ток, А;
– внутреннее сопротивление, Ом.
Напряжение аккумулятора при заряде 
, превышает ЭДС и определяется следующим выражением:
,
где 
– зарядный ток, А.
Отличие напряжений при разряде 
и заряде 
обусловлено падением напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, а также электродной поляризацией.
Поляризацией называется явление изменения потенциала электрода при прохождении тока. Мерой поляризации служит модуль разности потенциалов электрода под током 
и равновесного (без тока) 
:
.
Так как процесс поляризации при прохождении тока через батарею приводит к дополнительным потерям энергии, его удобно представлять как потери на некотором дополнительном активном сопротивлении поляризации 
. В этом случае напряжение разряда и заряда 
выражается следующими формулами:
,
где 
– омическое сопротивление батареи, Ом;
– сопротивление поляризации при разряде, Ом;
– сопротивление поляризации при заряде, Ом;
– ЭДС поляризации, В.
Поляризация является переходным процессом, его длительность после включения батареи на разряд зависит от величины и температуры электролита. Так, для стартерных разрядов и температуры до -300 С (2430 К) время этого процесса не превышает 10 с. С увеличением тока разряда время поляризации и величина сопротивления 
уменьшаются.
Полезная мощность аккумулятора равна произведению разрядного тока на его напряжение:
.
На величину мощности, развиваемой аккумулятором, существенно влияет его внутреннее сопротивление. При возрастании внутреннего сопротивления напряжение на клеммах аккумулятора будет уменьшаться. Следовательно, будет уменьшаться и мощность, развиваемая им во внешней цепи.
|
|
|
Полное внутреннее сопротивление аккумулятора характеризует сопротивление протекающему постоянному току и может быть представлено выражением:
;
где – сопротивление поляризации, Ом;
– сопротивление электролита, Ом;
– сопротивление сепараторов, Ом;
– сопротивление активной массы, Ом;
– сопротивление решеток и соединительных элементов, Ом.
В результате анализа данного выражения можно сделать вывод о том, что внутреннее сопротивление аккумулятора зависит в основном от сопротивления пластин и сопротивления электролита.
Сопротивление пластин по мере разряда аккумулятора возрастает.
Сопротивление электролита зависит от температуры и с ее понижением также резко увеличивается.
Таким образом, для того чтобы мощность, развиваемая аккумуляторными батареями была достаточна для питания электроприемников, потребляющих большой ток (например, электрического стартера), необходимо постоянно поддерживать их в заряженном состоянии, а при работе в условиях низких температуру осуществлять подогрев электролита.
Одним из важнейших параметров, характеризующих аккумулятор, является его емкость.
Емкость представляет собой количество электричества, которое отдает полностью заряженный аккумулятор при непрерывном разряде его током постоянной величины до допустимого напряжения, соответствующего заданному разрядному току.
Разрядная емкость аккумуляторных батарей, определяемая при постоянном токе 
, может быть представлена выражением:
,
где 
– время разряда, 
.
Согласно ГОСТ номинальная емкость 
батарей определяется при их непрерывном 10-часовом режиме разряда током, численно равным 0,1 , до напряжения 1,7 В на одном аккумуляторе с начальной плотностью электролита 1,285 г/см3 и его средней температурой +300 С (3030 К).
Емкость в значительной мере определяет свойства аккумулятора. Поэтому необходимо рассмотреть зависимость емкости аккумулятора от ряда эксплуатационных факторов.
|
|
|
