نیروی الکتروموتور باتری فیزیک و شیمی باتری های استارت خودرو

08.03.2020

اگر مدار خارجی یک باتری شارژ شده را ببندید، جریان الکتریکی ظاهر می شود. در این حالت، واکنش های زیر رخ می دهد:

در صفحه منفی

در صفحه مثبت

جایی که e -بار یک الکترون است

به ازای هر دو مولکول اسید مصرفی، چهار مولکول آب تشکیل می شود، اما همزمان دو مولکول آب مصرف می شود. بنابراین در نهایت تنها دو مولکول آب تشکیل می شود. با اضافه کردن معادلات (27.1) و (27.2)، واکنش تخلیه نهایی را بدست می آوریم:

معادلات (27.1) - (27.3) باید از چپ به راست خوانده شود.

هنگامی که باتری تخلیه می شود، سولفات سرب روی صفحات هر دو قطبی تشکیل می شود. اسید سولفوریک توسط صفحات مثبت و منفی مصرف می شود، در حالی که صفحات مثبت اسید بیشتری نسبت به صفحات منفی مصرف می کنند. در صفحات مثبت، دو مولکول آب تشکیل می شود. غلظت الکترولیت با تخلیه باتری کاهش می یابد، در حالی که در صفحات مثبت به میزان بیشتری کاهش می یابد.

اگر جهت جریان از طریق باتری را تغییر دهید، جهت واکنش شیمیایی برعکس خواهد شد. فرآیند شارژ باتری آغاز خواهد شد. واکنش های بار در صفحات منفی و مثبت را می توان با معادلات (27.1) و (27.2) و واکنش کل را می توان با معادله (27.3) نشان داد. اکنون باید این معادلات را از راست به چپ خواند. هنگام شارژ، سولفات سرب در صفحه مثبت به پراکسید سرب و در صفحه منفی به سرب فلزی کاهش می یابد. در این حالت اسید سولفوریک تشکیل شده و غلظت الکترولیت افزایش می یابد.

نیروی محرکه و ولتاژ باتری به عوامل زیادی بستگی دارد که مهمترین آنها میزان اسید در الکترولیت، دما، جریان و جهت آن و درجه شارژ است. رابطه بین نیروی الکتروموتور، ولتاژ و جریان را می توان نوشت

san به شرح زیر است:

در هنگام ترخیص

جایی که E 0 - EMF برگشت پذیر؛ E p - EMF قطبش؛ آر - مقاومت داخلی باتری

EMF برگشت پذیر EMF یک باتری ایده آل است که در آن انواع تلفات حذف می شود. در چنین باتری، انرژی دریافتی در حین شارژ هنگام دشارژ به طور کامل باز می گردد. EMF برگشت پذیر فقط به محتوای اسید در الکترولیت و دما بستگی دارد. می توان آن را به صورت تحلیلی از گرمای تشکیل واکنش دهنده ها تعیین کرد.

یک باتری واقعی در شرایطی نزدیک به ایده آل است اگر جریان ناچیز باشد و مدت زمان عبور آن نیز کوتاه باشد. چنین شرایطی را می توان با متعادل کردن ولتاژ باتری با مقداری ولتاژ خارجی (استاندارد ولتاژ) با استفاده از یک پتانسیومتر حساس ایجاد کرد. ولتاژ اندازه گیری شده به این روش ولتاژ مدار باز نامیده می شود. به emf برگشت پذیر نزدیک است. روی میز. 27.1 مقادیر این ولتاژ را نشان می دهد که مربوط به چگالی الکترولیت از 1.100 تا 1.300 (به دمای 15 درجه سانتیگراد مراجعه کنید) و دمای 5 تا 30 درجه سانتیگراد را نشان می دهد.

همانطور که از جدول مشخص است، در تراکم الکترولیت 1.200 که برای باتری های ثابت معمول است و دمای 25 درجه سانتیگراد، ولتاژ باتری با مدار باز 2.046 V است. در هنگام تخلیه، چگالی الکترولیت اندکی کاهش می یابد. افت ولتاژ مربوطه در مدار باز فقط چند صدم ولت است. تغییر در ولتاژ مدار باز ناشی از تغییر دما ناچیز است و بیشتر مورد توجه نظری است.

اگر جریان خاصی از باتری در جهت شارژ یا تخلیه عبور کند، ولتاژ باتری به دلیل افت ولتاژ داخلی و تغییر در EMF ناشی از فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی جانبی در الکترودها و الکترولیت تغییر می کند. تغییر در EMF باتری که در اثر این فرآیندهای برگشت ناپذیر ایجاد می شود، قطبش نامیده می شود. علت اصلی پلاریزاسیون در باتری، تغییر غلظت الکترولیت در منافذ جرم فعال صفحات نسبت به غلظت آن در بقیه حجم و در نتیجه تغییر غلظت یون های سرب است. هنگامی که تخلیه می شود، اسید مصرف می شود، زمانی که شارژ می شود، تشکیل می شود. واکنش در منافذ جرم فعال صفحات صورت می گیرد و هجوم یا حذف مولکول ها و یون های اسید از طریق انتشار صورت می گیرد. دومی فقط در صورتی می تواند اتفاق بیفتد که تفاوت خاصی در غلظت الکترولیت در ناحیه الکترودها و در بقیه حجم وجود داشته باشد که مطابق با جریان و دما تنظیم می شود که ویسکوزیته الکترولیت را تعیین می کند. تغییر در غلظت الکترولیت در منافذ توده فعال باعث تغییر در غلظت یون های سرب و EMF می شود. در هنگام تخلیه، به دلیل کاهش غلظت الکترولیت در منافذ، EMF کاهش می یابد و در هنگام شارژ، به دلیل افزایش غلظت الکترولیت، EMF افزایش می یابد.

نیروی الکتروموتور پلاریزاسیون همیشه به سمت جریان هدایت می شود. بستگی به تخلخل صفحات، جریان و

درجه حرارت. مجموع EMF برگشت پذیر و EMF قطبش، یعنی. E 0 ± Eپ , نشان دهنده EMF باتری تحت EMF جریان یا دینامیک است. هنگام تخلیه، کمتر از emf برگشت پذیر است و در هنگام شارژ، بیشتر است. ولتاژ باتری تحت جریان تنها با مقدار افت ولتاژ داخلی که نسبتاً کوچک است با EMF دینامیک متفاوت است. بنابراین، ولتاژ یک باتری پر انرژی نیز به جریان و دما بستگی دارد. تأثیر دومی بر ولتاژ باتری در هنگام تخلیه و شارژ بسیار بیشتر از یک مدار باز است.

اگر مدار باتری در حین تخلیه باز شود، ولتاژ باتری به آرامی به ولتاژ مدار باز افزایش می‌یابد به دلیل ادامه انتشار الکترولیت. اگر مدار باتری را در حین شارژ باز کنید، ولتاژ باتری به آرامی به ولتاژ مدار باز کاهش می یابد.

نابرابری غلظت الکترولیت در ناحیه الکترودها و در بقیه حجم، عملکرد یک باتری واقعی را از باتری ایده آل متمایز می کند. هنگامی که شارژ می شود، باتری به گونه ای رفتار می کند که گویی حاوی یک الکترولیت بسیار رقیق است و هنگامی که شارژ می شود، مانند یک الکترولیت بسیار غلیظ رفتار می کند. یک الکترولیت رقیق به طور مداوم با یک الکترولیت غلیظ تر مخلوط می شود، در حالی که مقدار معینی انرژی به صورت گرما آزاد می شود که به شرطی که غلظت ها برابر باشد، می توان از آن استفاده کرد. در نتیجه انرژی خارج شده از باتری در هنگام تخلیه کمتر از انرژی دریافتی در هنگام شارژ است. از دست دادن انرژی به دلیل ناقص بودن فرآیند شیمیایی رخ می دهد. این نوع از دست دادن اصلی ترین مورد در باتری است.

مقاومت داخلی باتریتوراتمقاومت داخلی از مقاومت های قاب صفحه، جرم فعال، جداکننده ها و الکترولیت تشکیل شده است. مورد دوم بیشتر مقاومت داخلی را به خود اختصاص می دهد. مقاومت باتری در هنگام تخلیه افزایش می یابد و در هنگام شارژ کاهش می یابد که نتیجه تغییر در غلظت محلول و محتوای سولفات است.

حجاب در توده فعال مقاومت باتری تنها در جریان تخلیه زیاد، زمانی که افت ولتاژ داخلی به یک یا دو دهم ولت می رسد، کوچک و قابل توجه است.

خود تخلیه باتری.تخلیه خود به خود اتلاف مداوم انرژی شیمیایی ذخیره شده در باتری به دلیل واکنش های جانبی روی صفحات هر دو قطبی است که ناشی از ناخالصی های مضر تصادفی در مواد مورد استفاده یا ناخالصی های وارد شده به الکترولیت در حین کار است. بیشترین اهمیت عملی خود تخلیه است که ناشی از وجود ترکیبات فلزی مختلف در الکترولیت است که الکترومثبت‌تر از سرب هستند، مانند مس، آنتیموان و غیره. فلزات روی صفحات منفی آزاد می‌شوند و عناصر اتصال کوتاه زیادی را با صفحات سربی تشکیل می‌دهند. . در نتیجه واکنش سولفات سرب و هیدروژن تشکیل می شود که روی فلز آلوده آزاد می شود. خود تخلیه را می توان با خروج گاز جزئی در صفحات منفی تشخیص داد.

در صفحات مثبت، خود تخلیه نیز به دلیل واکنش طبیعی بین سرب پایه، پراکسید سرب و الکترولیت رخ می دهد که منجر به تشکیل سولفات سرب می شود.

خود تخلیه باتری همیشه اتفاق می افتد: هم با مدار باز و هم با تخلیه و شارژ. بستگی به دما و چگالی الکترولیت دارد (شکل 27.2) و با افزایش دما و چگالی الکترولیت، تخلیه خود به خود افزایش می یابد (از دست دادن بار در دمای 25 درجه سانتیگراد و چگالی الکترولیت 1.28 به عنوان 100٪ در نظر گرفته شده است. از دست دادن ظرفیت باتری جدید به دلیل خود تخلیه حدود 0.3٪ در روز است. با بالا رفتن سن باتری، خود تخلیه افزایش می یابد.

سولفاته شدن صفحه غیر طبیعیهمانطور که از معادله واکنش تخلیه مشاهده می شود، سولفات سرب در صفحات با هر دو قطبیت با هر تخلیه تشکیل می شود. این سولفات دارد

ساختار کریستالی خوب و جریان شارژ به راحتی به فلز سرب و پراکسید سرب روی صفحات با قطبیت مناسب بازیابی می شود. بنابراین سولفاته شدن از این نظر یک پدیده عادی است که جزء لاینفک عملکرد باتری است. سولفاته شدن غیرعادی زمانی رخ می دهد که باتری ها بیش از حد دشارژ می شوند، به طور سیستماتیک کم شارژ می شوند یا در حالت دشارژ و غیرفعال برای مدت طولانی باقی می مانند، یا زمانی که با تراکم الکترولیت بسیار بالا و در دمای بالا کار می کنند. در این شرایط، سولفات کریستالی ریز متراکم تر می شود، کریستال ها رشد می کنند، جرم فعال را تا حد زیادی گسترش می دهند، و به دلیل مقاومت بالا، هنگام شارژ شدن، بازیابی آن دشوار است. اگر باتری غیر فعال باشد، نوسانات دما به تشکیل سولفات کمک می کند. با افزایش دما، کریستال های کوچک سولفات حل می شوند و با کاهش دما، سولفات به آرامی متبلور شده و کریستال ها رشد می کنند. در نتیجه نوسانات دما، بلورهای بزرگ به قیمت کریستال های کوچک تشکیل می شوند.

در صفحات سولفاته، منافذ با سولفات مسدود می‌شوند، مواد فعال از شبکه‌ها فشرده می‌شوند و صفحات اغلب تاب می‌خورند. سطح صفحات سولفاته سخت، ناصاف و هنگام مالش شدن می شود

مواد صفحات بین انگشتان مانند ماسه است. صفحات مثبت قهوه ای تیره روشن تر می شوند و لکه های سفید سولفات روی سطح ظاهر می شوند. صفحات منفی سخت، خاکستری مایل به زرد می شوند. ظرفیت باتری سولفاته کاهش می یابد.

سولفاته شدن اولیه را می توان با شارژ طولانی با جریان سبک از بین برد. با سولفاته قوی، اقدامات خاصی برای بازگرداندن صفحات به حالت عادی ضروری است.

مواد فعال صفحات مثبت و منفی نسبت به الکترولیت پتانسیل خاصی دارند. تفاوت بین این پتانسیل ها، emf باتری را تعیین می کند، که به مقدار ماده فعال در صفحات بستگی ندارد. Emf باتری عمدتاً به چگالی الکترولیت بستگی دارد، این وابستگی با فرمول تجربی تعیین می شود:

که در آن d چگالی الکترولیت در منافذ جرم فعال صفحات است. ولتاژ باتری در طول شارژ بیشتر از مقدار EMF با مقدار افت ولتاژ داخلی است:

U З \u003d E + I З ∙ r 0،

جایی که r 0 مقاومت داخلی باتری است و به ترتیب هنگام تخلیه:

U R \u003d E - I R ∙ r 0.

یک باتری سرب دشارژ شده دارای چگالی d = 1.17 است، سپس E = 0.85 + 1.17 = 2.02 ولت. بار قطع شده با EMF یک باتری شارژ شده تفاوت کمی دارد. هنگامی که باتری در حال شارژ است، ولتاژ شارژ آن 2.3 - 2.8 ولت است. ولتاژ تخلیه تقریباً 1.8 ولت است.

ظرفیت باتری سرب

ظرفیت اسمی با تخلیه ده ساعته تا ولتاژ 1.8 ولت، در دمای الکترولیت 25 درجه سانتی گراد تعیین می شود. ظرفیت اسمی یک باتری سربی 36 Ah است. این ظرفیت مطابق با جریان تخلیه I P \u003d Q / 10 \u003d 3.6 A است.

اگر جریان تخلیه I P و دمای الکترولیت را تغییر دهید، ظرفیت آن نیز تغییر می کند. افزایش دمای محیط به افزایش ظرفیت کمک می کند، اما در دمای 40 درجه سانتیگراد، صفحات مثبت پیچ می خورند و خود تخلیه باتری به شدت افزایش می یابد، بنابراین، برای عملکرد عادی باتری، دمای 35 + درجه سانتیگراد تا 15 درجه سانتیگراد باید حفظ شود.

ظرفیت اسمی در دمای 25 درجه سانتی گراد و دبی ده ساعته با فرمول تعیین می شود:

که در آن P t ضریب استفاده از جرم فعال باتری، % است.

T دمای واقعی الکترولیت در حین تخلیه است.

انواع باتری های سرب اسیدی

باتری های ثابت با حروف C، SK، SZ، SZE، SN و موارد دیگر مشخص می شوند:

ج - باتری ثابت؛

K - باتری که اجازه تخلیه کوتاه مدت را می دهد.

Z - باتری در نسخه بسته؛

E - رگ آبنیت؛

H - باتری با صفحات لکه دار.

عددی که بعد از حرف قرار می گیرد شماره باتری را نشان می دهد:

S-1 - 36 A / h;

S-4 - 4 x 36 A/h;

و دیگران...

انواع باتری های قلیایی

علامت گذاری N-Zh (نیکل - آهن)، N-K (نیکل - کادمیوم)، S - C (نقره - روی). نیروی الکتروموتور (EMF) باتری های N-L: E Z = 1.5 V. E R = 1.3 V. EMF باتری های H-K: E Z = 1.4 V. E P \u003d 1.27 V. ولتاژ شارژ متوسط U Z \u003d 1.8 V است. تخلیه U P = 1 V.

سیستم های قدرت

مقررات عمومی

اتوماسیون ثابت و تجهیزات ارتباطی در حمل و نقل ریلی از منابع جریان مستقیم با ولتاژهای نامی تغذیه می شود، به عنوان مثال، 24، 60، 220 ولت و غیره. منابع با ولتاژ نامی 24 ولت برای تغذیه تجهیزات ترانزیستور، مدارهای سیگنالینگ، رله اتوماسیون استفاده می شود. مدارها و غیره. منابع با ولتاژ نامی 60 ولت - برای مبادلات تلفنی خودکار، تجهیزات سوئیچینگ تلگراف. منابع با ولتاژ 220 ولت - برای تغذیه تجهیزات ارتباطی، موتورهای چرخش و غیره. منابع جریان با ولتاژ نامی مشخص معمولاً به شکل تجهیزات مستقل ساخته می شوند که بخشی از مجموعه عمومی نصب منبع تغذیه یک خانه ارتباطی، یک پست EC یا تأسیسات دیگری است که در آن منابع تغذیه متمرکز قرار دارد.

سیستم های منبع تغذیه اصلی شامل سیستم های قدرت مستقل، بافر، بدون باتری و ترکیبی هستند (شکل 2.1). سیستم خودمختار برای تأمین انرژی اتوماسیون و تجهیزات ارتباطی قابل حمل و ثابت طراحی شده است و بقیه برای تأمین انرژی تجهیزات ثابت طراحی شده است.

برنج. 2.1. نمودار ساختاری سیستم های منبع تغذیه

سیستم قدرت مستقل

سیستم منبع تغذیه از عناصر اولیه عمدتا برای اطمینان از عملکرد تجهیزات قابل حمل (ایستگاه های رادیویی، تجهیزات اندازه گیری و غیره) استفاده می شود. برای برق رسانی به تجهیزات ثابت، در مکان هایی که برق AC وجود ندارد از یک سیستم منبع تغذیه مستقل استفاده می شود. سیستم تغذیه باتری طبق روش "شارژ - تخلیه" (شکل 2.2) برای مواردی طراحی شده است که برق از شبکه های AC به طور نامنظم تامین می شود. ماهیت این روش منبع تغذیه این است که برای هر درجه بندی ولتاژ یک یکسو کننده جداگانه و دو (یا بیشتر) باتری وجود دارد. . این تجهیزات از یک باتری تغذیه می شود و دیگری از یکسو کننده شارژ می شود یا در شارژ ذخیره می شود. به محض اینکه باتری در حالت خاصی دشارژ شد، آن را قطع کرده و برای شارژ به یکسوساز متصل می شود و یک باتری شارژ شده برای تغذیه تجهیزات وصل می شود. هنگام کار بر اساس این روش، باتری ها اغلب در حالت جریان ثابت شارژ می شوند. ظرفیت باتری ها بر اساس مدت زمان تامین برق تجهیزات برای 12-24 ساعت تعیین می شود، بنابراین باتری ها بسیار حجیم هستند و برای نصب آنها به اتاق های بزرگ مجهز ویژه نیاز دارند. عمر مفید چنین باتری هایی 6-7 سال است، زیرا چرخه های شارژ و دشارژ عمیق و مکرر منجر به تخریب سریع صفحات می شود. نیاز به نظارت مداوم بر فرآیندهای شارژ و تخلیه منجر به هزینه های عملیاتی بالایی می شود.

شکل 2.2. طرح سیستم قدرت باتری با توجه به روش "شارژ - تخلیه":

F - فیدر؛ ShPT - اتوبوس AC؛ ЗШ - شارژ لاستیک؛ لاستیک تخلیه RSh; 1، 2، 3 - گروه های باتری

این کاستی ها در کنار راندمان پایین نصب (30-45 درصد) استفاده از این حالت را محدود می کند. از مزایای روش می توان به عدم وجود موج ولتاژ بر روی بار و امکان استفاده از منابع جریان مختلف برای شارژ اشاره کرد.

سیستم قدرت بافر

با چنین سیستم منبع تغذیه به موازات یکسو کننده دلار آمریکاو بار به باتری وصل می شود گیگابایت(شکل 2.3). در صورت خرابی AC یا خرابی یکسو کننده، باتری بدون قطع برق به تغذیه بار ادامه می دهد. باتری یک پشتیبان قابل اعتماد از منابع انرژی الکتریکی را فراهم می کند و علاوه بر این، همراه با فیلتر برق، صاف کردن لازم ریپل را فراهم می کند. با یک سیستم قدرت بافر، سه حالت کار متمایز می شود: جریان متوسط، پالس و شارژ مداوم.

در حالت جریان متوسط(شکل 2.4) یکسو کننده ایالات متحده،به صورت موازی با باتری متصل می شود گیگابایت،بدون توجه به تغییر جریان I n در بار R n یک جریان ثابت I را ارائه می دهد. هنگامی که جریان بار I n کم است، یکسو کننده بار را تامین می کند و باتری را با جریان I 3 شارژ می کند، و زمانی که جریان بار زیاد است، یکسو کننده همراه با باتری که با جریان I p تخلیه می شود، بار را تامین می کند. . در هنگام شارژ، ولتاژ هر باتری باتری افزایش می یابد و می تواند به 2.7 ولت برسد و در هنگام تخلیه به 2 ولت کاهش می یابد. برای اجرای این حالت می توان از یکسو کننده های ساده بدون دستگاه های تنظیم خودکار استفاده کرد. جریان یکسو کننده بر اساس مقدار انرژی الکتریکی (آمپر ساعت) مصرف شده برای تغذیه بار در طول روز محاسبه می شود. این مقدار باید 15-25٪ افزایش یابد تا تلفاتی که همیشه هنگام شارژ و تخلیه باتری وجود دارد جبران شود.

معایب حالت عبارتند از: عدم توانایی در تعیین و تنظیم دقیق جریان یکسو کننده مورد نیاز، زیرا ماهیت واقعی تغییر جریان بار هرگز دقیقاً مشخص نیست، که منجر به شارژ کم یا شارژ بیش از حد باتری ها می شود. عمر باتری کوتاه (8-9 سال) ناشی از چرخه شارژ و دشارژ عمیق؛ نوسانات ولتاژ قابل توجه در بار، زیرا ولتاژ هر باتری می تواند از 2 تا 2.7 ولت متغیر باشد.

در حالت شارژ پالس(شکل 2.5) جریان یکسو کننده به طور ناگهانی بسته به ولتاژ باتری تغییر می کند. گیگابایتدر همان زمان، یکسو کننده دلار آمریکا انرژی بار R n را همراه با باتری G تامین می کند که دریا بار را تغذیه کنید

شکل 2.3 - طرح سیستم منبع تغذیه بافر

شکل 2.4 - حالت متوسط جریان:

الف - طرح؛ ب - نمودار فعلی؛ ج - وابستگی جریان و ولتاژ به زمان. I Z و I R - به ترتیب، جریان شارژ و تخلیه باتری

شکل 2.5 - حالت شارژ مجدد پالس:

الف - طرح؛ ب - نمودار جریان و ولتاژ. ج، د - وابستگی جریان و ولتاژ به زمان

و باتری را شارژ می کند. حداکثر جریان یکسو کننده کمی بالاتر از جریانی است که در ساعت بیشترین بار رخ می دهد و حداقل جریان بار I V max کمتر از حداقل جریان بار I n است.

فرض کنید در موقعیت اولیه یکسو کننده حداقل جریان را می دهد. بسته باتری در حال تخلیه است و ولتاژ باتری به 2.1 ولت در هر سلول کاهش می یابد. رله آرآرمیچر را آزاد می کند و مقاومت R را با کنتاکت ها جدا می کند . جریان در خروجی یکسو کننده به صورت پلکانی تا حداکثر افزایش می یابد. از این نقطه به بعد، یکسو کننده بار را تغذیه می کند و باتری را شارژ می کند. در طول فرآیند شارژ، ولتاژ باتری افزایش می یابد و به 2.3 ولت در هر سلول می رسد. دوباره رله سفر می کند R،و جریان یکسو کننده به حداقل می رسد. باتری شروع به تخلیه می کند. سپس چرخه ها تکرار می شوند. مدت زمان حداکثر و حداقل بازه های زمانی جریان یکسو کننده مطابق با تغییر جریان در بار تغییر می کند.

مزایای حالت عبارتند از: سادگی سیستم برای تنظیم جریان در خروجی یکسو کننده. محدودیت های کوچک تغییر ولتاژ روی باتری و بار (از 2.1 تا 2.3 ولت در هر سلول). افزایش عمر باتری تا 10-12 سال به دلیل چرخه های شارژ و دشارژ عمیق کمتر. این حالت برای تغذیه دستگاه های اتوماسیون استفاده می شود.

در حالت شارژ مداوم(شکل 2.6) بار R n به طور کامل توسط یکسو کننده تغذیه می شود ایالات متحدهباتری شارژ شده گیگابایتاز یکسو کننده جریان شارژ مستقیم کوچکی دریافت می کند که تخلیه خود را جبران می کند. برای اجرای این حالت، لازم است ولتاژ خروجی یکسو کننده را با نرخ (2.2 ± 0.05) ولت برای هر باتری تنظیم کنید و آن را با خطای بیش از 2 ± ٪ حفظ کنید. در همان زمان، جریان شارژ برای باتری های اسیدی I p \u003d (0.001-0.002) C n و برای باتری های قلیایی I p \u003d 0.01 C N. بنابراین، برای شما-

شکل 2.6 - حالت شارژ مداوم:

الف - طرح؛ ب - نمودار فعلی؛ ج - وابستگی جریانها و ولتاژها به زمان

برای تکمیل این حالت، یکسو کننده ها باید دستگاه های تثبیت کننده ولتاژ دقیق و قابل اعتماد داشته باشند. عدم انجام این کار باعث شارژ بیش از حد باتری ها یا تخلیه عمیق و سولفاته شدن باتری ها می شود.

مزایای حالت عبارتند از: راندمان نسبتاً بالای نصب، که فقط توسط یکسو کننده تعیین می شود (η = 0.7÷0.8). عمر باتری طولانی، به دلیل عدم وجود چرخه شارژ و دشارژ، به 18-20 سال می رسد. پایداری ولتاژ بالا در خروجی یکسو کننده؛ هزینه های عملیاتی کمتر به دلیل امکان اتوماسیون و ساده سازی تعمیر و نگهداری باتری.

باتری ها معمولاً در حالت شارژ هستند و نیازی به نظارت مداوم ندارند. عدم وجود چرخه شارژ و دشارژ و یک جریان تقویت کننده به درستی انتخاب شده باعث کاهش سولفاته شده و به شما امکان می دهد دوره های بین شارژ مجدد و تخلیه های کنترلی را افزایش دهید.

نقطه ضعف حالت نیاز به پیچیده شدن دستگاه های تامین به دلیل عناصر تثبیت و اتوماسیون است. این حالت در دستگاه هایی برای تغذیه تجهیزات ارتباطی استفاده می شود.

EMF باتری (نیروی محرکه الکتریکی)تفاوت پتانسیل الکترود در غیاب مدار خارجی است. پتانسیل الکترود حاصل جمع پتانسیل الکترود تعادل است. وضعیت الکترود در حالت سکون، یعنی عدم وجود فرآیندهای الکتروشیمیایی و پتانسیل پلاریزاسیون را مشخص می کند که به عنوان اختلاف پتانسیل الکترود در هنگام شارژ (دشارژ) و در غیاب مدار تعریف می شود.

فرآیند انتشار

با توجه به فرآیند انتشار، یکسان سازی تراکم الکترولیت در حفره کیس باتری و در منافذ جرم فعال صفحات، قطبش الکترود را می توان در باتری زمانی که مدار خارجی خاموش است حفظ کرد.

سرعت انتشار مستقیماً به دمای الکترولیت بستگی دارد، هر چه دما بالاتر باشد، فرآیند سریعتر انجام می شود و می تواند در زمان بسیار متفاوت باشد، از دو ساعت تا یک روز. وجود دو جزء از پتانسیل الکترود در شرایط گذرا منجر به تقسیم به تعادلی و غیرتعادلی شد. EMF باتری.
در مورد تعادل EMF باتریمحتوای و غلظت یون های مواد فعال در الکترولیت، و همچنین خواص شیمیایی و فیزیکی مواد فعال. نقش اصلی در بزرگی EMF توسط چگالی الکترولیت ایفا می شود و دما عملاً بر آن تأثیر نمی گذارد. وابستگی EMF به چگالی را می توان با فرمول بیان کرد:

جایی که E EMF باتری است (V)

P - چگالی الکترولیت تا دمای 25 گرم کاهش می یابد. C (g/cm3) این فرمول برای چگالی کاری الکترولیت در محدوده 1.05 - 1.30 g/cm3 معتبر است. EMF نمی تواند به طور مستقیم میزان نادر بودن باتری را مشخص کند. اما اگر آن را در نتیجه گیری اندازه گیری کنید و آن را با چگالی محاسبه شده مقایسه کنید، می توانید با درجه ای از احتمال، وضعیت صفحات و ظرفیت را قضاوت کنید.
در حالت استراحت، چگالی الکترولیت در منافذ الکترودها و حفره مونوبلاک یکسان و برابر با بقیه EMF است. هنگام اتصال مصرف کنندگان یا منبع شارژ، پلاریزاسیون صفحات و غلظت الکترولیت در منافذ الکترودها تغییر می کند. این منجر به تغییر در EMF می شود. هنگام شارژ، مقدار EMF افزایش می یابد و در هنگام تخلیه، کاهش می یابد. این به دلیل تغییر در چگالی الکترولیت است که در فرآیندهای الکتروشیمیایی نقش دارد.

باتری(عنصر) - متشکل از الکترودهای مثبت و منفی (صفحات سربی) و جداکننده های جداکننده این صفحات است که در یک محفظه نصب شده و در یک الکترولیت (محلول اسید سولفوریک) غوطه ور شده است. انباشت انرژی در باتری در طول یک واکنش شیمیایی اکسیداسیون - کاهش الکترودها اتفاق می افتد.

باتری اکومولاتورشامل 2 یا چند قسمت سری یا (و) موازی (باتری ها، سلول ها) متصل به یکدیگر برای تامین ولتاژ و جریان مورد نیاز.این می تواند برق را جمع آوری، ذخیره و توزیع کند، استارت موتور را فراهم کند و همچنین وسایل برقی را در زمانی که موتور کار نمی کند روشن کند.

باتری سربی - اسیدی- باتری که در آن الکترودها عمدتا از سرب ساخته شده اند و الکترولیت محلول اسید سولفوریک است.

توده فعال- این بخشی جدایی ناپذیر از الکترودها است که در حین عبور جریان الکتریکی در حین تخلیه شارژ، دچار تغییرات شیمیایی می شود.

الکترودیک ماده رسانا که قادر به تولید جریان الکتریکی در هنگام واکنش با یک الکترولیت است.

الکترود مثبت (آند) -یک الکترود (صفحه) که جرم فعال آن در باتری شارژ شده از دی اکسید سرب (PbO2) تشکیل شده است.

الکترود منفی (کاتد) -الکترودی که جرم فعال آن در باتری شارژ شده از سرب اسفنجی تشکیل شده است.

شبکه الکترودبرای نگه داشتن جرم فعال و همچنین تامین و حذف جریان به آن عمل می کند.

جداکننده -مواد مورد استفاده برای جداسازی الکترودها از یکدیگر.

پایانه های قطببرای تامین جریان شارژ و برگرداندن آن تحت ولتاژ کل باتری استفاده می شود.

رهبری -(Pb) - یک عنصر شیمیایی از گروه چهارم سیستم تناوبی D.I. مندلیف، شماره سریال 82، وزن اتمی 207.21، ظرفیت 2 و 4. سرب فلزی خاکستری مایل به آبی است، وزن مخصوص آن، به شکل جامد، 11.3 است. گرم بر سانتی متر مکعب در حین ذوب بسته به دما کاهش می یابد. انعطاف پذیرترین آن در میان فلزات، به خوبی تا نازک ترین ورق غلت می خورد و به راحتی آهنگری می شود. سرب به راحتی ماشینکاری می شود و یکی از فلزات قابل ذوب است.

اکسید سرب (IV).(دی اکسید سرب) PbO 2 پودر سنگین قهوه ای تیره با بوی مشخصه ازن است.

آنتیموانفلزی به رنگ سفید نقره ای با درخشندگی قوی و ساختار کریستالی است. برخلاف سرب، فلزی سخت، اما بسیار شکننده است و به راحتی تکه تکه می شود. آنتیموان بسیار سبک تر از سرب است، وزن مخصوص آن 6.7 گرم بر سانتی متر مکعب است. آب و اسیدهای ضعیف تاثیری بر آنتیموان ندارند. به آرامی در اسیدهای هیدروکلریک و سولفوریک قوی حل می شود.

شاخه های سلولیمنافذ سلول در پوشش باتری را بپوشانید.

دوشاخه تهویه مرکزیبرای مسدود کردن خروجی گاز در پوشش باتری عمل می کند.

تک بلوک- این یک مورد باتری پلی پروپیلن است که توسط پارتیشن ها به سلول های جداگانه تقسیم می شود.

آب مقطربه باتری اضافه می شود تا تلفات آن در نتیجه تجزیه یا تبخیر آب را جبران کند. برای شارژ کردن باتری ها فقط باید از آب مقطر استفاده کرد!

الکترولیتمحلولی از اسید سولفوریک در آب مقطر است که حجم های آزاد سلول ها را پر کرده و به داخل منافذ جرم فعال الکترودها و جداکننده ها نفوذ می کند.

این می تواند جریان الکتریکی را بین الکترودهای غوطه ور در آن هدایت کند. (برای روسیه مرکزی با چگالی 1.27-1.28 g/cm3 در t=+20°C).

الکترولیت کند حرکت:برای کاهش خطر الکترولیت ریخته شده از باتری، از عواملی استفاده می شود که سیالیت آن را کاهش می دهد. می توان به الکترولیت موادی اضافه کرد که آن را به ژل تبدیل می کند. راه دیگر برای کاهش تحرک الکترولیت استفاده از تشک های شیشه ای به عنوان جداکننده است.

باتری باز- یک باتری با دوشاخه با سوراخ که از طریق آن آب مقطر اضافه می شود و محصولات گازی خارج می شوند. سوراخ را می توان با یک سیستم تهویه ارائه کرد.
آکومولاتور بسته- انباشته‌ای که در شرایط عادی بسته است، اما دارای دستگاهی است که اجازه می‌دهد وقتی فشار داخلی از مقدار تنظیم شده بیشتر شود، گاز آزاد شود. معمولاً پر کردن الکترولیت اضافی در چنین باتری امکان پذیر نیست.
باتری شارژ شده خشک- یک باتری قابل شارژ بدون الکترولیت ذخیره می شود که صفحات (الکترود) آن در حالت شارژ خشک هستند.

صفحه لوله ای (پوسته ای).- صفحه مثبت (الکترود)، که شامل مجموعه ای از لوله های متخلخل پر از جرم فعال است.

دریچه اطمینان- بخشی از دوشاخه هواکش که در صورت فشار بیش از حد داخلی اجازه خروج گاز را می دهد، اما اجازه نمی دهد هوا وارد آکومولاتور شود.

آمپر ساعت (آه)- این اندازه گیری انرژی الکتریکی است، برابر با حاصلضرب قدرت جریان در آمپر و زمان بر حسب ساعت (ظرفیت).

ولتاژ باتری- اختلاف پتانسیل بین پایانه های باتری در هنگام تخلیه.
ظرفیت باتری- مقدار انرژی الکتریکی که توسط یک باتری کاملاً شارژ شده پس از تخلیه تا رسیدن به ولتاژ نهایی خارج می شود.

مقاومت داخلی- مقاومت در برابر جریان المان که بر حسب اهم اندازه گیری می شود. از مقاومت الکترولیت، جداکننده ها و صفحات تشکیل شده است. جزء اصلی مقاومت الکترولیت است که با دما و غلظت اسید سولفوریک تغییر می کند.

چگالی الکترولیت - eسپس مشخصه یک جسم فیزیکی برابر با نسبت جرم آن به حجم اشغال شده است. به عنوان مثال، در کیلوگرم در لیتر یا گرم بر سانتی متر مکعب اندازه گیری می شود.

عمر باتری- عمر مفید باتری در شرایط معین.
خروج گاز- تشکیل گاز در فرآیند الکترولیز الکترولیت.

خود تخلیه- از دست دادن خود به خود ظرفیت باتری در حالت استراحت. میزان خود تخلیه به مواد صفحات، ناخالصی های شیمیایی در الکترولیت، چگالی آن، خلوص باتری و مدت زمان کارکرد آن بستگی دارد.

EMF باتری(نیروی محرکه الکتریکی) ولتاژ در پایانه های قطب یک باتری کاملاً شارژ شده در مدار باز است، یعنی در صورت عدم وجود جریان شارژ یا تخلیه.

چرخه- یک توالی شارژ و تخلیه عنصر.

تشکیل گازها روی الکترودهای یک باتری سربی. به خصوص در مرحله نهایی شارژ باتری سربی به وفور آزاد می شود.

باتری های ژل- اینها باتری های سرب اسیدی مهر و موم شده هستند (آب بندی نشده اند، زیرا هنگام باز شدن شیرها گازهای کمی آزاد می شود)، بسته، کاملاً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری (بدون شارژ) با الکترولیت اسیدی ژل مانند (Dryfit و Gelled Electrolite) -فناوری های ژل).

فناوری AGM(حصیر شیشه ای جذب شده) - لنت های فایبرگلاس جاذب.

بازگشت انرژی- نسبت مقدار انرژی خارج شده در هنگام تخلیه باتری به مقدار انرژی مورد نیاز برای شارژ آن به حالت اولیه تحت شرایط خاص. بازگشت انرژی برای باتری های اسیدی در شرایط عملیاتی معمولی 65٪ و برای باتری های قلیایی 55 - 60٪ است.
انرژی خاص- انرژی تولید شده توسط باتری در هنگام تخلیه به ازای واحد حجم آن V یا جرم m، یعنی W \u003d W / V یا W \u003d W / m. انرژی ویژه باتری های اسیدی 7-25، نیکل-کادمیم 11-27، نیکل-آهن 20-36، نقره-روی 120-130 W*h/kg است.

اتصال کوتاه در باتری هاهنگام اتصال الکتریکی صفحات با قطبیت های مختلف اتفاق می افتد.

اگر مدار خارجی یک باتری شارژ شده را ببندید، جریان الکتریکی ظاهر می شود. در این حالت، واکنش های زیر رخ می دهد:

در صفحه منفی

در صفحه مثبت

جایی که e -بار یک الکترون است