Sériová výroba a hromadný provoz olověné baterie byly zahájeny na konci 19. století. Na začátku 20. století se začaly hojně používat v automobilech, dále rozvíjely svůj záběr, snadno překročily tisíciletí a stále zůstávají spolehlivé, odolné, nenáročné na údržbu a relativně levné zdroje energie.

Baterie je chemický zdroj proudu, který je schopen opakovaně přeměňovat chemickou energii na energii elektrickou a akumulovat ji, a to po dlouhou dobu. Zjednodušeně lze baterii znázornit následovně: dvě elektrody ve formě desek jsou umístěny v roztoku kyseliny sírové o hustotě 1,27-1,29 g/cm3. V tomto případě je kladná elektroda vyrobena z oxidu olovnatého (PbO 2) a záporná elektroda je vyrobena z olova (Pb). Když mezi nimi prochází proud, dochází k redoxním reakcím.

Během výboje dochází k chemické reakci, v jejímž důsledku se aktivní hmota obou elektrod začne měnit chemické složení, přeměnou z houbovitého olova a jeho oxidu na síran olovnatý (síran olovnatý - PbSO 4) a hustota elektrolytu začne klesat. V důsledku toho se uvnitř baterie vytvoří usměrněný pohyb iontů a v obvodu bude protékat elektrický proud. Při nabíjení baterie dochází k opačnému procesu – směr proudu se mění na opačný, aktivní hmoty obnovují své původní chemické složení a zvyšuje se hustota elektrolytu. Tento proces, nazývaný cyklus, se může opakovat. Množství uložené elektrické energie v tomto případě závisí na oblasti aktivní interakce mezi elektrodami a elektrolytem a na jeho objemu. Jmenovité napětí generované takovou baterií je 2 volty. Pro získání vyšší hodnoty napětí jsou jednotlivé baterie zapojeny do série. Například: 12voltová baterie se skládá ze šesti baterií zapojených do série ve společném pouzdře.

Podle návrhu jsou olověné baterie udržované a bez dozoru. Servisované vyžadují při provozu určitou péči (kontrola hladiny a hustoty elektrolytu). Bezúdržbové - jsou utěsněné (přesněji utěsněné), fungují v libovolné poloze a nevyžadují údržbu.

V mezinárodním výkladu je akceptováno označení ve tvaru SEALED LEAD ACID BATTERY (uzavřená olověná baterie) nebo zkráceně SLA, stejně jako VRLA - Valve Regulated Lead Acid (olověná baterie s nastavitelným ventilem), které mají elektrolyt kyseliny sírové ve formě gelu nebo vázaný ve skleněném vláknu (AGM). Takové baterie mají vyšší elektrické a provozní parametry.
Takové baterie se používají jako záložní zdroje v poplašných a zabezpečovacích systémech a lékařském vybavení. Nejvíce se však používají v (UPS), stejně jako v systémech autonomního napájení založených na obnovitelných zdrojích energie.

Existují následující hlavní typy olověných baterií, které lze použít v systémech autonomního napájení:

Níže je více detailní informace pro uzavřené baterie.

Baterie s technologií AGM

Takové AB mají oproti startovacím bateriím větší tloušťku elektrodových desek, takže jejich životnost v režimu dlouhého vybíjení daleko převyšuje životnost startovacích baterií.

AGM baterie běžně používané v záložních napájecích systémech, tzn. kde se baterie většinou dobíjejí a někdy při výpadcích proudu uvolňují nahromaděnou energii.

Nově se však objevily baterie AGM, které jsou určeny pro hlubší vybití a cyklické režimy provozu. Gelu samozřejmě "nevydrží", ale fungují uspokojivě a s autonomní systémy oh napájení, vč. a slunečno. Vidět. Baterie AGM mají obvykle maximální povolený nabíjecí proud 0,3C a konečné nabíjecí napětí 14,8-15V. K jejich nabíjení je lepší používat speciální nabíječky pro uzavřené baterie.

Gelové baterie

Pro autonomní napájecí systémy je třeba zvolit baterie " hluboký výboj“ (například řada ProSolar D nebo DG a také lepší baterie OPzV). Pokud je možné vyčlenit speciální místnost pro baterie při dodržení všech podmínek (větrání, požární bezpečnost) a je zde proškolený personál, který dokáže baterie s tekutým elektrolytem servisovat, lze použít hlubokocyklové baterie s tekutým elektrolytem - OPzS, trakční pro elektrické stroje nebo jiné se zvýšeným povoleným výbojem (například Rolls).

Pokud tyto podmínky nejsou splněny, je lepší se zastavit uzavřené baterie Jsou o něco dražší, ale mnohem jednodušší na použití.

Pokračovat ve čtení

Jaký typ baterie zvolit - AGM, gel nebo tekutý elektrolyt? Rozhodujícími faktory při výběru baterií pro váš systém jsou cena, podmínky, za kterých bude baterie fungovat (teplota, provozní podmínky, dostupnost speciální místnosti atd.) a předpokládaná životnost ...

Technologie skladování energie v autonomních systémech napájení Zdroj: modernoutpost.com Tento příspěvek obsahuje obecné rady ohledně výběru baterií pro systémy obnovitelné energie. Poznámka pokrývá 3 hlavní technologie: lithium-ion, nikl-metal hydrid a olovo-kyselina (AGM nebo Gel). Pokusíme se…

Olověná baterie je zdroj energie, jehož konstrukce se od svého vynálezu nezměnila. Hlavním účelem baterie je pomáhat při startování motoru a dodávat energii do palubní sítě vozu motor naprázdno. Sebe akumulátorová baterie Nevytváří elektrický proud – díky chemické reakci jej akumuluje.

Někdy se divíme, co je uvnitř autobaterie? A uvnitř - kyselý elektrolyt obsahující kyselinu sírovou a olověné desky. Toto je samozřejmě zjednodušení, ale podrobněji se budeme věnovat později.

Autobaterie je sekundární galvanický článek. Pečlivé prostudování jeho vlastností a zařízení vám pomůže vybrat ten správný produkt při nákupu.

Co jsou galvanické články

Galvanický článek je zařízení, které přeměňuje chemickou energii na elektrickou energii. Hlavní základní části každého galvanického článku jsou dvě elektrody - katoda a anoda, umístěné v nádobě z nevodivého materiálu a naplněné elektrolytem.

Celou škálu používaných galvanických článků lze rozdělit do dvou hlavních typů: primární články a sekundární články.

Mezi primární prvky patří například známé tzv. „suché“ prvky. Sekundární články zahrnují baterie všech typů. Rozdíl mezi typy prvků je způsoben povahou chemických reakcí, které se v nich během provozu vyskytují.

V sekundárních prvcích jsou chemické reakce, které probíhají, vratné. Vybitou nebo vybitou baterii lze obnovit (nabít) tím, že jí prochází konstantní elektrický proud v opačném směru. Během procesu nabíjení se elektrická energie přeměňuje na chemickou energii. Při dalším vybíjecím cyklu dojde k opačné reakci.

Typy autobaterií

Baterie jsou buď opravitelné, nebo neprovozitelné.

S opravenou baterií můžete:

• fyzicky stačí odšroubovat zátky z plechovek;
• vizuálně určit hladinu elektrolytu a stav olověných desek;
• změřte hustotu, bod varu elektrolytu během nabíjení;
• v případě potřeby přidejte destilovanou vodu.

Řečeno jazykem motoristy - "dostaňte se do nitra." S baterií si můžeme dělat, co chceme.

Ale servisované baterie mají řadu nevýhod:

• v důsledku netěsností baterie během provozu může dojít k varu elektrolytu, což vede ke snížení jeho hladiny a v důsledku toho k poklesu kapacity, což má za následek problémy se startováním vozu;
• odpařování vody vede ke zvýšení hustoty elektrolytu, což má za následek destrukci desek;
• je nutné neustále sledovat hladinu elektrolytu;
• když se elektrolyt zahřívá na vnějším krytu baterie (v místech zástrček), spec bílý povlak což může vést ke zkratování svorek a předčasnému částečnému vybití.

Všechny tyto nedostatky jsou problémy minulých let. Vynálezci na řešení těchto problémů pracovali mnoho let a nakonec našli cestu ven – udělali baterii bezúdržbovou.

Bezúdržbová baterie.

Charakteristickým rysem je absence dopravních zácp horní kryt a bez ohledu na to, jak moc se chcete podívat dovnitř, nic nebude fungovat. Zcela se to utěsnilo.

Jaké jsou výhody tohoto typu?

• při zahřívání elektrolytu se odpařená kapalina ve formě kondenzátu usazuje na vnitřních stěnách baterie a stéká dolů.
• Baterii lze libovolně naklánět, bez obav z vylití elektrolytu.
• vyřešeno hlavní problém- desky jsou vždy v elektrolytu.

Žádné zařízení ale není bez chyb.

Na bezúdržbové baterie propojky mezi bankami jsou umístěny uvnitř pouzdra. Kontrola napětí na březích je téměř nemožná.

Bezúdržbové baterie začaly instalovat tzv. „ventily nouzový reset tlak." Funguje to v nouzové případy když dojde k silnému přebití. Část odpařeného elektrolytu vyjde ven, ale není vůbec možné jej do baterie přidat zpět. Několikrát nabití a v důsledku toho baterie ztrácí svou kapacitu.

Charakteristika olověných akumulátorů

Určitě více než 90 % motoristů ví o struktuře své baterie pouze z školní lekce fyzika. Ano, v běžném životě už to není potřeba. Koupeno - nainstalováno - zapomenuto.

Vlastnosti baterií, na které motoristé při výběru dbají: typ baterie (servisní nebo bezúdržbové), elektrická kapacita baterie, jmenovité napětí baterie, samovybíjení.

Pojem "elektrická kapacita baterie" znamená množství elektřiny vydávané baterií, když je vybitá. Kapacita je uvedena v ampérhodinách.

Vybíjecí kapacita SR - množství elektřiny v ampérhodinách získané při vybití baterie na přijatelné napětí. Kapacita vybíjení se určuje podle vzorce:

Kapacita SAB výrazně závisí na teplotě elektrolytu, zejména v režimech vybíjení startéru.

Kapacita baterie může být vyjádřena dvěma způsoby: v ampérhodinách nebo ve watthodinách. Termín "kapacita" se týká množství elektřiny, které lze získat z daného zdroje energie. Kapacita ve watthodinách je měřítkem energie nebo schopnosti vykonávat práci.

Při určování kapacity baterie je třeba si všímat režimu, ve kterém se vybíjení provádí, teploty a konečného napětí. Kapacita baterie je určována především třemi faktory: vybitím, teplotou a konečným napětím a při označení se udává v ampérhodinách.

Standardní jmenovité napětí jednoho článku baterie jsou 2 volty. Pro osobní automobily se vyrábí baterie s napětím 12V a pro nákladní automobily se používají s napětím 24V. Pro zvláštní vybavení baterie mohou být vyrobeny s napětím stanoveným výrobcem.

Samovolné vybití baterie - ztráta kapacity při skladování, odpojení externích spotřebičů, teplotní režim kvalitu provozu a údržby. Zároveň se snižuje jeho výkon.

Experimentálně bylo zjištěno, že pro olověné baterie sazba samovybíjení se pohybuje od 1,5 do 3 % měsíčně.

Jedním z důvodů zvýšeného samovybíjení servisovaných baterií je používání nedestilované vody obsahující nečistoty železa, chlóru a různých solí.

Také při převrácení baterie nebo silném zatřesení se účinná látka z desek vysype.

Podívejme se, co je uvnitř?

Konstrukce baterií se od jejich vynálezu v zásadě nezměnila: olověné desky a kyselina. Vnitřní prostor naplněný elektrolytem sestávajícím z 38% kyseliny sírové a destilované vody. V každé baterii se střídají záporné a kladné elektrody. Mezi desky jsou umístěny plastové separátory. Všechny propojky mezi články a bateriemi jsou vyrobeny z olova.

Pojďme pochopit konstrukci baterie podrobněji

Zařízení autobaterie je jednoduché: nádoba na umístění elektrod, destičky, separátory a kryt. Opravitelná víka mají náplně pro plnění elektrolytu a šroubové zátky. V případě potřeby umožňují přidat destilovanou vodu.

Pouzdra na baterie jsou vyrobena z odolného polypropylenu.

Materiál pouzdra je nevodivý a chemicky odolný vůči kyselině sírové. Na spodním okraji pouzdra je příruba pro tuhou montáž do auta, aby se zabránilo nárazům a pádům.

V servisovaných bateriích se používají ventilační (labyrintové) zátky. Chrání před odstraněním a rozstřikem elektrolytu, ale poskytují volný výstup plynu. Polyetylenové granule lze použít jako výplň labyrintu.

Aby se zabránilo nesprávnému připojení baterie k palubní síť auto, vývody se liší velikostí, a která je stručně popsána v článku o.

Téměř všechny typy olověných autobaterií jsou neopravitelné.

Princip činnosti autobaterie

Princip fungování baterie v autě je založen na dvou typech procesů. Když jsou spotřebiče připojeny k baterii (startér, světlomety, zařízení ovládacího panelu automobilu atd.), je vybitá.

V tomto případě se chemická energie přeměňuje na elektrickou energii, která se zase může přeměnit na tepelnou, mechanickou a světelnou.

Pokud je k takovému zdroji energie připojen elektromotor, pak se část elektřiny změní na mechanickou a část na teplo.

Při nabíjení dochází k opačnému procesu – elektrická energie se přeměňuje na chemickou energii.

Při nabíjení se na katodových deskách, anodě a v elektrolytu tvoří látky, které při vybíjení vstupují do elektrochemické reakce. Chemické reakce při nabíjení probíhají v opačném směru než chemické reakce při vybíjení. To vysvětluje skutečnost, že baterie se nazývá reverzibilní zdroj proudu, její práce je cyklická: vybíjení-nabíjení.

Jak nabíjet autobaterii?

Existuje mnoho způsobů, jak nabíjet.

Baterie se nabíjejí neustále při běžícím motoru nebo pomocí speciální nabíječky.

Chcete-li nabít baterii připravenou z výroby, musíte ji naplnit elektrolytem a vydržet dobu potřebnou k impregnaci, poté ji připojit k nabíječka. Kladný pól baterie musí být připojen ke kladnému pólu nabíječky a záporný pól k zápornému pólu. Nabíjení můžete začít za předpokladu, že teplota elektrolytu v bankách není vyšší než 30 °C v chladu a ne vyšší než 35 °C v horkých a teplých vlhkých zónách, jinak se musí nechat vychladnout.

Samotný proces nabíjení je podrobně popsán v návodu k nabíječkám. Můžete si přečíst o nabíjení vápníkových baterií.

Závěrem lze poznamenat, že téměř všechny typy olověných automobilových baterií nejsou opravitelné.

V současné době vadné baterie, v nejlepší případ, řemeslníci pálí na ohni, aby získali olovo. A v zásadě jsou vybité baterie předány do sběren barevných kovů nebo vyměněny za nové s příplatkem.

Baterie-zdroj chemického proudu, který má schopnost po určitou dobu akumulovat a uchovávat elektrickou energii a podle potřeby ji předávat vnějšímu okruhu.

Baterie sama o sobě elektřinu nevyrábí. Akumuluje ho pouze při nabíjení: průchod proudu z zahraniční zdroj(obr. 4.2. a) je doprovázena přeměnou elektrické energie na energii chemickou, v důsledku čehož se samotná baterie stává zdrojem proudu.

Při vybití baterie se nahromaděná elektrická energie spotřebovává ve vnějším obvodu, který je k ní připojen - chemická energie se přeměňuje na elektrickou energii (obr. 4.2. b).

Na správné fungování Baterie vydrží stovky nabíjecích a vybíjecích cyklů.

V závislosti na složení elektrolytu rozlišovat:

kyselý

Alkalické baterie.

Obrázek 4.2.

a) nabíjení a b) vybíjení

Prvoci kyselinová baterie sestává ze dvou olověných elektrod ponořených do roztoku kyseliny sírové.

Vybít a nabíjet. Když je baterie vybitá (obr. 4.3, a), kladné a záporné ionty zbytků kyseliny S0 4 - na kterou se rozkládají molekuly kyseliny sírové H2S0 4 elektrolyt 3, směřují k pozitivnímu 1 a negativní 2 elektrod a vstupují se svými aktivními hmotami do elektrochemických reakcí. Mezi elektrodami vzniká potenciálový rozdíl asi 2 V, který zajišťuje průchod elektrický proud když je vnější okruh uzavřen.

Obrázek 4.3. Průchod kladných a záporných iontů elektrolytem při

a) vybíjení a b) nabíjení kyselinové baterie

V důsledku elektrochemických reakcí, ke kterým dochází při interakci vodíku H2+ s peroxidem olovnatého Рb0 2 pozitivní rod a ionty síranového zbytku S0 4 - s olovem Рb záporná elektroda vzniká síran olovnatý PbS0 4 (síran olovnatý), na který se přeměňují povrchové vrstvy aktivní hmoty obou elektrod. Zároveň při těchto reakcích vzniká určité množství vody, takže koncentrace kyseliny sírové klesá, tzn. hustota elektrolytu klesá.

Baterii lze teoreticky vybíjet, dokud se aktivní hmoty elektrod zcela nepřemění na síran olovnatý a nedojde k vyčerpání elektrolytu. V praxi je však vypouštění zastaveno mnohem dříve. Síran olovnatý vznikající při výboji je sůl bílá barva, který je špatně rozpustný v elektrolytu a má nízkou elektrickou vodivost. Výboj se tedy neprovádí do konce, ale pouze do okamžiku, kdy asi 35 % aktivní hmoty přejde na síran olovnatý. V tomto případě je výsledný síran olovnatý rovnoměrně distribuován ve formě drobných krystalů ve zbývající aktivní hmotě, která si stále zachovává dostatečnou elektrickou vodivost pro zajištění napětí mezi elektrodami 1,7-1,8 V.

Vybitá baterie se nabije, tzn. připojený ke zdroji proudu s napětím vyšším než je napětí baterie.

Při nabíjení(obr. 4.3, b) kladné vodíkové ionty H2+ pohybující se směrem k záporné elektrodě 2 a záporné ionty sulfátového zbytku S0 4 - - kladná elektroda 1 a vstoupí do chemické interakce se síranem olovnatým PbS0 4, pokrývající obě elektrody. V procesu vznikajících elektrochemických reakcí síran olovnatý PbSO 4 se rozpouští a na elektrodách se opět tvoří aktivní hmoty: peroxid olovnatý Pb0 2 na kladné elektrodě a houbovitém vedení P b - na negativní. V tomto případě se zvyšuje koncentrace kyselin sírových, tzn. hustota elektrolytu se zvyšuje.

Procesy probíhající v kyselinové baterii lze znázornit následující rovnicí:

PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H20

PbO 2 - prášek peroxidu olova;

PbSO4 - síran olovnatý (síran olovnatý).

Hustota elektrolytu závisí na okolní teplotě.

Při teplotách nad + 15 ° C se používá roztok louhu sodného o hustotě 1,17-1,19 gramů na krychlový centimetr (g / cm 2) čisté (destilované, dešťové, sněhové) vody. Připravený elektrolyt nechte 6-12 hodin usadit, aby se nejškodlivější nečistoty (vápník, železo, mangan atd.) usadily na dně nádoby, poté se elektrolyt opatrně přelije do jiné nádoby a poté do baterií .

Pokud není louh sodný, lze použít louh potaš. Při teplotě +15° až -15°C se používá roztok kaustické potaše o hustotě 1,19-1,21 g/cm 3, při teplotě pod -15°C roztok kaustické potaše o hustotě Používá se 1,27-1,3 cm2.

Pro zvýšení životnosti alkalické baterie se do elektrolytu často přidává žíravé lithium. V tomto případě se odpor baterie mírně zvyšuje a stává se méně vhodnou pro práci v podmínkách příhodnějších pro práci v podmínkách nižších teplot.

Elektrolyt se připravuje v čisté ocelové litinové misce, kam se nejprve vloží hydroxid draselný a poté se nalije voda (2 litry vody na 1 kg hydroxidu draselného). Roztok se míchá až do úplného rozpuštění hydroxidu draselného. V tomto případě teplota elektrolytu stoupá. Po ochlazení elektrolytu je třeba změřit jeho hustotu a přivést ji na požadovanou hodnotu. Do baterie není možné nalít horký elektrolyt (s teplotou nad 30 ° C), protože aktivní hmota se zhoršuje.

Nalijte elektrolyt do baterie přes skleněnou nálevku. Jeho úroveň by měla být o 5-10 mm výše než horní okraj desek.

Nedostatky olověné baterie :

Skladování ve vybitém stavu není povoleno;

Nízká energetická hustota - velká hmotnost baterií omezuje jejich použití ve stacionárních a mobilních objektech;

Je povolen pouze omezený počet cyklů úplného vybití;

Kyselý elektrolyt a olovo škodlivý účinek na životní prostředí;

Nesprávné nabíjení může způsobit přehřátí.

Plně nabitá kyselinová baterie má emf. asi 2,2 V, přibližně stejné napětí na jeho svorkách, protože vnitřní odpor je velmi malý.

Při vybíjení napětí rychle klesá na 1,8-1,7 V, při tomto napětí se vybíjení zastaví, aby nedošlo k poškození.

Alkalické baterie.

Na lokomotivách a elektrických vlacích nejrozšířenější obdržel alkalické baterie (významně dlouhodobější služby než kyselé).

Nejběžnější jsou nikl-železné (NJ) a nikl-kadmiové (NC) alkalické baterie. V obou se skládá aktivní hmota kladné elektrody v nabitém stavu hydrát oxidu nikelnatéhoNiOH do kterého se přidává grafit a oxid barnatý.

Grafit zvyšuje elektrickou vodivost aktivní hmoty a oxid barnatý zvyšuje životnost. Aktivní hmota záporné elektrody nikl-železné baterie se skládá ze železného prášku s přísadami a nikl-kadmiové baterie ze směsi práškového kadmia a železa. Elektrolyt je roztok louhu draselného s příměsí monohydrátu lithia, který zvyšuje životnost baterie.

Elektrochemické reakce, ke kterým dochází při nabíjení a vybíjení alkalické baterie, lze znázornit následujícími rovnicemi:

2Ni(OOH)+2KOH+Fe 2Ni(OH)2+2KOH+Fe(OH)2

2Ni(OOH)+2KOH+Cd 2Ni(OH)2+2KOH+Cd(OH)2

Ni(OH) - hydrát oxidu nikelnatého; KOH - žíravý draslík.

Železná niklová baterie Kadmiová niklová baterie

typ TZhN-300 typ KN-100

Obrázek 4.4. Alkalické baterie

1 - aktivní hmota; 2 - ocelové perforované pásky; 3 - ebonitové tyčinky; 4 - blok kladných desek; 5 - pólové závěry; 6 - zátka s otvorem pro plnění elektrolytu; 7 - kryt; 8 - blok negativních desek; 9 - aktivní hmotnost kladných desek; 10 - aktivní hmotnost negativních desek; 11 - izolace (viniplast, ebonit); 12 - korek

Když je baterie nabitá, kyslík ze železné (záporné) desky přechází na nikl (kladný). Během vybíjení dochází k opačnému procesu.

Plně nabitá alkalická baterie má emf. přibližně 1,45 V. Při vybíjení klesne napětí rychle na 1,3 V, poté pomalu na 1 V. Pod toto napětí nevybíjejte.

Výhody alkalických baterií:

při jejich výrobě se nepoužívá vzácné olovo;

mají větší odolnost a mechanickou pevnost, nebojí se silných výbojových proudů, otřesů, otřesů a dokonce i zkratů;

· při delší nečinnosti nesou malé ztráty na samovybíjení a nezhoršují se, mají dlouhou životnost;

během provozu vypouštějí méně škodlivé plyny a výpary;

mít menší váhu

méně náročné z hlediska stálé kvalifikované péče.

Nevýhody jsou:

dolní emf;

nižší účinnost

vyšší náklady.

Kontrolní otázky

1. Jaký je účel baterie?

2. Princip činnosti kyselinové baterie.

3. Princip činnosti alkalické baterie.

4. Výhody alkalických baterií.

5. Nevýhody alkalických baterií.

6. Co je to emf. plně nabitou baterii?

7. Z čeho se skládá nejjednodušší kyselinový akumulátor?

8. Jak se nazývají zařízení, která přeměňují chemickou energii na elektrickou?

9. Co je to elektrolyt?

10. Co je elektrolýza?

11. Na jaké složky se rozkládá molekula kyseliny sírové?

12. Z čeho se skládá galvanický článek Volty?

13. Jak je prvek polarizován?

14. Co je to suchá buňka?

15. Jak prochází elektrický proud v kapalných vodičích?

16. Jaká je konstrukce kyselinových baterií?

17. Řekněte nám o konstrukci alkalických baterií.

18. Jak se nabíjejí baterie?

19. Co je známkou konce nabíjení v kyselinové baterii?

20. Jaký je znak konce nabíjení u alkalické baterie?

21. Jak jsou baterie připojeny k baterii?

Podobné informace.

Základní princip fungování olověného akumulátoru (baterie), definovaný pojmem „dvojitá sulfatace“, byl vyvinut (vynalezen) před více než stoletím a půl kolem roku 1860 a od té doby neprošel žádnými zásadními inovacemi. Objevil se dost specializované modely, ale zařízení baterie vydané včera v Japonsku nebo vyrobené dnes v Rusku nebo Německu je stejné jako zařízení úplně první baterie sestavené „na koleni“ ve Francii, s nevyhnutelnými vylepšeními a optimalizací.

Účel

baterie v obyčejné auto určený pro startovací provoz při startování motoru a pro stabilní napájení daného napětí elektřinou, četná elektrická zařízení. Neméně důležitá je přitom role autobaterie jako „energetického zásobníku“ v případě nedostatečné dodávky energie z generátoru. Typický příklad podobný režim - když motor běží volnoběh když stojíte v dopravní zácpě. V takových chvílích je veškeré napájecí příslušenství a doplňkové servisní vybavení napájeno pouze z baterie. Role kyselinové baterie je kritická v případě nouze vyšší moci: porucha generátoru, regulátoru napětí, usměrňovače, když se přetrhne řemen generátoru.

Pravidla dobíjení

Dobíjení olověné autobaterie v normálním režimu se provádí z generátoru. Při intenzivním provozu baterie je nutné ji dodatečně dobíjet ve stacionárních podmínkách pomocí speciální nabíječky. To platí zejména v zimní čas když se schopnost studené baterie nabíjet prudce sníží a spotřeba energie na roztočení motoru za studena se zvýší. Nabíjení autobaterie proto musí být prováděno na teplém místě poté, co se přirozeně zahřeje.

Důležité! Zrychlené zahřívání baterie horká voda nebo vysoušeč vlasů je nepřijatelné, protože zničení desek kvůli prudký pokles teploty. Když plnivo spadne na dno plechovek, možnost samovybíjení prudce vzroste v důsledku uzavření desek.
U takzvaných „vápenatých“ baterií je kritické zabránit úplnému nebo výraznému vybití, protože zdroj tohoto typu baterie je omezen na 4-5 cyklů úplného vybití, po kterých se baterie stává nepoužitelnou.

V dnešních hybridních a elektrických vozidlech má baterie větší velikost a kapacitu, aby zajistila pohon. Říká se jim trakce. V „čistých“ elektromobilech jsou dodavatelem energie pro pohyb a provoz všech elektrických zařízení pouze baterie, proto mají značné rozměry a mnohonásobně větší kapacitu než baterie v „klasickém“ automobilu s karburátorový motor. Například: tank, nafta, ponorka a tak dále. I když princip kyselinové baterie je ve všech případech až na velikost stejný.

Zařízení kyselé baterie a princip její činnosti

přístroj kyselinová baterie(olovo-kyselina) pro různé účely, neliší se od různých výrobců zásadně a v abstraktní podobě je následující:

1. plastové tělo nádoby z inertního materiálu odolného vůči agresivnímu prostředí;
2. v běžném případě je několik modulů-plechovek (obvykle šest), které jsou plnohodnotnými zdroji proudu a jsou navzájem propojeny tak či onak, v závislosti na hlavních úkolech;
3. každá banka obsahuje husté pakety sestávající z řady záporně a kladně nabitých desek oddělených dielektrickými separátory (olověná katoda a anoda oxidu olovnatého). Každý pár desek je zdrojem proudu, jejich paralelní připojení násobně zvyšuje výstupní napětí;
4. vaky se plní roztokem chemicky čisté kyseliny sírové, zředěné na určitou hustotu destilovanou vodou.

Provoz kyselinové baterie

Při provozu kyselého akumulátoru se na katodových deskách tvoří síran olovnatý a energie se uvolňuje ve formě elektrického proudu. Vlivem vody uvolněné při elektrochemické reakci klesá hustota kyselého elektrolytu, stává se méně koncentrovaným. Při přivedení napětí na svorky během nabíjení dochází k opačnému procesu s redukcí olova na kovovou formu a zvyšuje se koncentrace elektrolytu.

Jak funguje alkalická baterie a jak funguje

Struktura alkalické baterie je podobná struktuře kyselé baterie. Ale kladně a záporně nabité desky mají odlišné elementární složení a jako elektrolyt se používá roztok hydroxidu draselného o určité hustotě. Existují i ​​​​další rozdíly - v samotném těle kontejneru, výstupu svorek a přítomnosti jemné "košile" kolem každé jednotlivé desky.

Negativní katody tradiční alkalické baterie jsou vyrobeny z houbového kadmia s příměsí železné houby, kladné katody jsou vyrobeny z trojmocného hydroxidu niklu s přídavkem vločkového grafitu, jehož přídavek zajišťuje lepší elektrickou vodivost katody. Páry desek jsou paralelně spojeny v bankách, které jsou také spojeny paralelně. V procesu nabíjení alkalické baterie mění dvojmocný nikl v hydrátu oxidu mocenství na hodnotu „8“ a mění se na hydrát oxidu; sloučeniny kadmia a železa se redukují na kovy. Při vybíjení jsou procesy opačné.

Výhody alkalické baterie

Mezi výhody alkalického typu patří:

• vnitřní uspořádání zajišťuje zvýšená stabilita mechanickému namáhání, včetně otřesů a nárazů;
• vybíjecí proudy mohou být výrazně vyšší než u kyselého protějšku;
• v podstatě žádné odpařování/emise škodlivé látky s plyny;
• lehčí a menší se stejnou kapacitou;
• mít velmi vysoký zdroj a podávejte 7-8krát déle;
• pro ně není přebíjení nebo podbíjení kritické;
• jejich obsluha je jednoduchá.

Po dosažení maximálního možného nabití a pokračování ve spojení s nabíječkou nedochází u článků k žádným negativním elektrochemickým procesům. Elektrolýza vody na vodík a kyslík jednoduše začíná zvýšením koncentrace hydroxidu draselného a poklesem hladiny elektrolytu, což lze bezpečně a snadno kompenzovat přidáním destilované vody.
Je zřejmé, že existují indikátory, podle kterých je tento typ baterie horší než kyselina:

• použití drahých materiálů zvyšuje náklady na jednotku kapacity až čtyřikrát;
• nižší - 1,25 V versus 2 a vyšší V - napětí na prvcích.

Závěr

Správný provoz jakéhokoli typu baterie zajišťuje její dlouhou a spolehlivý výkon, která nejen šetří peníze, ale také zaručuje větší bezpečnost a jízdní komfort.

Přidat web do záložek

Mechanismus baterie

Baterie jsou chemické zdroje proud s reverzibilním procesem: mohou vydávat energii přeměnou chemické energie na elektrickou energii nebo ukládat energii přeměnou elektrické energie na chemickou energii. Baterie se tedy střídavě vybíjí, vydává elektrickou energii a poté se nabíjí z nějakého vhodného zdroje stejnosměrného proudu.

Baterie se v závislosti na použitém elektrolytu dělí na kyselé a alkalické. Baterie se navíc liší v závislosti na materiálu elektrod. Hojně se používají pouze olověné, kadmium-niklové, železo-niklové a stříbro-zinkové baterie.

Kapacita baterie je dána množstvím elektřiny q p, které může dát při vybití do napájeného obvodu.

Toto množství elektřiny se neměří v coulombech, ale ve větších jednotkách – ampérhodinách (ah). 1 Ah = 3600 článků Ale abych nabil baterii, velké množství elektřina q 3 než vydaná při vybíjení. Poměr q p: q 3 \u003d n e se nazývá návratnost baterie z hlediska kapacity.

Napětí potřebné k nabití baterie je mnohem vyšší než napětí na svorkách baterie, při kterém poskytuje nepřetržitý vybíjecí proud.

Důležitou vlastností baterie je její průměrné nabíjecí a vybíjecí napětí.

Je jasné, že díky sérii energetických ztrát vydá baterie při vybíjení mnohem menší množství energie W p, než přijme při nabíjení. Poměr W p: W 3 \u003d n je koeficient užitečná akce nebo výkon baterie.

Konečně velmi důležitou hodnotou pro charakterizaci baterie je její specifická energie, tedy množství energie vydané při vybíjení na 1 kg hmotnosti baterie. Zvláště důležité je, aby měrná energie byla co nejvyšší u nestacionárních baterií instalovaných například v letadlech. V podobné případy je obvykle důležitější než účinnost a návratnost kapacity.

Je třeba mít na paměti, že při pomalém vybíjení probíhá proces v baterii rovnoměrně po celé hmotě desek, díky čemuž je při dlouhodobém vybíjení nízkým proudem kapacita baterie větší než při krátkodobé vybití vysokým proudem. Při rychlém vybíjení proces ve hmotě desek zaostává za procesem na jejich povrchu, což způsobuje vnitřní proudy a pokles zpětného rázu.

Napětí baterie se během vybíjení výrazně mění. Je žádoucí, aby byl co nejtrvalejší. Výpočty obvykle udávají průměrné vybíjecí napětí Up. K nabíjení baterie ale potřebujete zdroj proudu, který dává mnohem vyšší nabíjecí napětí U c (o 25-40%). V opačném případě nebude možné baterii plně nabít.

Pokud napětí jednoho článku baterie pro danou instalaci nestačí, zapojí se potřebný počet článků baterie do série. Do série lze samozřejmě zapojit pouze baterie určené pro stejný vybíjecí proud.

Pokud je vybíjecí proud jednoho prvku nedostatečný, použije se paralelní zapojení více stejných prvků.

Z kyselých baterií mají praktický význam pouze olověné baterie. V nich slouží jako aktivní látka na kladné elektrodě oxid olovnatý Pb0 2, na záporné elektrodě houbovité olovo Pb. Kladné desky jsou hnědé, záporné šedé, elektrolyt je roztok kyseliny sírové H 2 S0 4 o měrné hmotnosti 1,18-1,29.

Chemický proces vybíjení a nabíjení olověného akumulátoru je poměrně složitý. V zásadě jde o redukci olova na kladné elektrodě a oxidaci houbovitého olova na záporné elektrodě na oxid sírové. V tomto případě se tvoří voda a následně se snižuje hustota elektrolytu. Při vybíjení napětí akumulátoru nejprve rychle klesá na 1,95 V a poté pomalu klesá na 1,8 V. Poté je nutné vybíjení ukončit.

Při dalším vybíjení dochází k nevratnému procesu tvorby krystalického síranu olovnatého PbS 4. Ten pokrývá desky bílým povlakem. Má vysoký měrný odpor a je téměř nerozpustný v elektrolytu. Vrstva síranu olovnatého zvyšuje vnitřní odpor aktivní hmoty desek. Tento proces se nazývá sulfatace desek.

Když je baterie nabitá, proces jde opačným směrem: kovové olovo se redukuje na záporné elektrodě a olovo se na kladné elektrodě oxiduje na oxid Pb02. Ion S0 4 přechází do elektrolytu, takže při nabíjení roste hustota kyseliny sírové, a proto se zvyšuje i měrná hmotnost elektrolytu. K měření měrné hmotnosti elektrolytu se používá speciální hustoměr. Podle jeho svědectví můžete zhruba posoudit, do jaké míry je baterie nabitá. Průměrné vybíjecí napětí olověného akumulátoru je 1,98 V a průměrné nabíjecí napětí je 2,4 V.

Vnitřní odpor r Bn olověných baterií je vzhledem k malé vzdálenosti mezi deskami a velké ploše jejich kontaktu s elektrolytem velmi malý: asi tisíciny ohmu pro stacionární baterie a setiny pro malé přenosné baterie. baterie.

Díky nízkému vnitřnímu odporu a relativně vysokému napětí dosahuje účinnost těchto baterií 70-80% a návratnost je 0,85-0,95%.

Vzhledem k nízkému vnitřnímu odporu v olověné baterie při zkratech vznikají proudy velmi vysoké síly, což vede k deformaci a rozpadu desek.

Z alkalických baterií se v současnosti hojně používají kadmium-niklové, železo-niklové a stříbro-zinkové. Ve všech těchto bateriích je elektrolyt alkalický - asi dvouprocentní roztok hydroxidu draselného KOH nebo hydroxidu sodného NaOH. Během nabíjení a vybíjení nedochází tento elektrolyt k téměř žádným změnám. Kapacita baterie tedy nezávisí na jejím množství. To umožňuje minimalizovat množství elektrolytu ve všech alkalických bateriích a tím je výrazně odlehčit.

Jádra kladných a záporných desek těchto baterií jsou vyrobena z poniklovaných ocelových rámů s obaly pro aktivní hmotu. Díky této konstrukci je aktivní hmota pevně držena v deskách a při otřesech nevypadává.

V kadmium-niklové KN baterii jsou aktivní látkou kladné elektrody oxidy niklu smíchané s grafitem pro zvýšení elektrické vodivosti; aktivní látkou záporné elektrody je houbovité kovové kadmium Cd. Při výboji se na kladné elektrodě spotřebovává část aktivního kyslíku obsaženého v oxidech niklu a na záporné elektrodě se oxiduje kovové kadmium. Při nabíjení je kladná elektroda obohacena zpětným kyslíkem: hydrát oxidu nikelnatého Ni (OH) 2 se mění na hydrát oxidu nikelnatého Ni (OH) 3. Na záporné elektrodě je hydrát oxidu kademnatého redukován na čisté kadmium. Přibližně lze proces v této baterii vyjádřit chemickým vzorcem:

2Ni (OH)3 + 2KOH + Cd? ? 2Ni (OH)2 + 2KOH + Cd (OH)2.

Jak ukazuje vzorec, při výboji na záporné desce se z elektrolytu uvolňuje částice (OH) 2 a stejná částice přechází do elektrolytu na kladné desce. Při nabíjení jde proces opačným směrem, ale v obou případech se elektrolyt nemění.

Zařízení železo-niklové baterie se liší pouze tím, že v něm je kadmium v ​​negativních deskách nahrazeno jemným práškem železa (Fe). Chemický proces této baterie lze sledovat z rovnice výše pro kadmium-niklovou baterii nahrazením Cd Fe.

Použití železa místo kadmia snižuje náklady na baterii, činí ji mechanicky odolnější a zvyšuje její životnost. Ale na druhou stranu u železo-niklové baterie je při přibližně stejném vybíjecím napětí nabíjecí napětí o 0,2 V vyšší, v důsledku čehož je účinnost této baterie nižší než u kadmio-niklové baterie. Pak velmi důležitou nevýhodou železo-niklové baterie je poměrně rychlé samovybíjení. Kadmium-niklová baterie má nízké samovybíjení a je proto preferována, když je třeba baterii nabíjet po dlouhou dobu, například pro napájení rádiových zařízení. Průměrné vybíjecí napětí obou těchto baterií je 1,2 V.

Hermeticky uzavřené nádoby výše popsaných alkalických baterií jsou vyrobeny z poniklovaného ocelového plechu. Svorníky, kterými jsou spojeny desky akumulátorů s vnějším terčem, procházejí otvory ve víku nádoby, přičemž svorník, ke kterému jsou připojeny záporné desky, je pečlivě izolován od ocelového pouzdra; ale šroub připojený ke kladným deskám není izolován od pouzdra.

Vnitřní odpor alkalických baterií je mnohem větší než u kyselých baterií, díky čemuž jsou odolnější vůči zkratu. Ale ze stejného důvodu je účinnost alkalických baterií (asi 45 %) mnohem nižší než u kyselých baterií, jejich měrná energetická a kapacitní návratnost (0,65) je také výrazně nižší. Protože se stav elektrolytu v alkalických bateriích během provozu nemění, určete jejich stupeň nabití podle vnější znaky je to zakázáno. V důsledku toho musí být náboj monitorován na základě jejich kapacity a napětí. Při nabíjení musíte baterii sdělit množství elektřiny Je to \u003d q mnohem větší než její kapacita, asi 1,5krát. Například je žádoucí nabíjet baterii o kapacitě 100 Ah proudem 10 A po dobu 15 hodin.

Stříbro-zinkové baterie jsou nejnovější mezi moderní baterie. Elektrolytem v nich je vodný roztok žíravého draselného KOH o měrné hmotnosti 1,4 s účinnou látkou kladné elektrody (oxid stříbra Ag 2 0) a záporné elektrody (zinek Zn). Elektrody jsou vyrobeny ve formě porézních desek a jsou od sebe odděleny fóliovou přepážkou.

Když se baterie vybije, oxid stříbrný se redukuje na kovové stříbro a kovový zinek se oxiduje na oxid zinečnatý ZnO. Opačný proces nastává, když je baterie nabitá. Základní chemická reakce je vyjádřena vzorcem

AgsO + KOH + Zn ? ? 2Ag + KOH + ZnO.

http://website/www.youtube.com/watch?v=0jbnDTRtywE
Stabilní vybíjecí napětí je cca 1,5 V. Při nízkých vybíjecích proudech zůstává toto napětí téměř nezměněno po dobu cca 75-80 % životnosti baterie. Pak poměrně rychle klesá a při napětí 1 V by se mělo vybíjení zastavit.

Vnitřní odpor stříbrno-zinkových baterií je výrazně menší než u jiných alkalických baterií. Při stejné kapacitě jsou první z nich mnohem lehčí. Pracují uspokojivě jak při nízkých (-50°C), tak při vysokých (+ 75°C) teplotách. Konečně umožňují velké vybíjecí proudy. Některé typy takových baterií lze například zahřívat proudem zkrat během jedné minuty.

Výše uvedené jsou pouze základní informace o baterii. Při praktické práci s bateriemi, zejména s olovem, je nutné pečlivě dodržovat příslušné tovární pokyny. Jejich porušení způsobuje rychlé zničení baterií.