充電されたバッテリーの外部回路を閉じると、電流が発生します。 次のような反応が起こります。
マイナスプレートで
プラスプレートで
どこ e -電子の電荷は次の値に等しい
酸 2 分子が消費されるごとに、水 4 分子が生成されますが、同時に 2 分子の水が消費されます。 したがって、最終的には 2 つの水分子だけが形成されます。 式 (27.1) と (27.2) を追加すると、最終的な放電反応が得られます。
式 (27.1) ～ (27.3) は左から右に読む必要があります。
バッテリーが放電すると、両極の極板に硫酸鉛が形成されます。 硫酸は正極板と負極板の両方で消費され、正極板は負極板よりも多くの酸を消費します。 2 つの水分子が正極板で形成されます。 バッテリーが放電すると、電解質濃度が減少し、正極板付近でさらに減少します。
バッテリーに流れる電流の方向を変えると、化学反応の方向が逆になります。 バッテリーの充電プロセスが開始されます。 負および正のプレートでの電荷反応は式 (27.1) および (27.2) で表すことができ、全体の反応は式 (27.3) で表すことができます。 これらの方程式は右から左に読む必要があります。 充電すると、正極板の硫酸鉛は過酸化鉛に還元され、負極板では金属鉛に還元されます。 この場合、硫酸が生成され、電解質濃度が増加します。
起電力とバッテリー電圧は多くの要因に依存しますが、その中で最も重要なものは、電解液中の酸含有量、温度、電流とその方向、充電度です。 起電力、電圧、電流の関係は次のように書けます。
サナは次のようになります。
退院時 
どこ E 0 - 可逆EMF。 E n - 分極起電力。 R - バッテリーの内部抵抗。
可逆EMFは、あらゆる種類の損失が排除された理想的なバッテリーのEMFです。 このようなバッテリーでは、充電中に受け取ったエネルギーが放電中に完全に返されます。 可逆EMFは、電解液中の酸含有量と温度にのみ依存します。 これは、反応物質の生成熱に基づいて分析的に決定できます。
実際のバッテリーは、電流が無視でき、電流の通過時間が短い場合、理想に近い状態になります。 このような状態は、高感度のポテンショメータを使用して、バッテリ電圧と外部電圧 (電圧標準) のバランスをとることによって作り出すことができます。 このようにして測定された電圧は、開放電圧と呼ばれます。 可逆電磁界に近いものです。 テーブル内 表27.1は、1.100から1.300の電解質密度（15℃の温度を参照）および5から30℃の温度に対応するこの電圧の値を示しています。
表からわかるように、定置型バッテリーの典型的な電解質密度 1.200、温度 25 °C では、開回路でのバッテリー電圧は 2.046 V です。放電プロセス中に、電解質密度はわずかに減少します。 回路が開いているときの対応する電圧降下は、わずか 100 分の 1 ボルトです。 温度変化による開路電圧の変化は無視できる程度であり、むしろ理論的に興味深いものです。
充電または放電の方向に電流がバッテリーを通過すると、内部電圧降下と、電極および電解質における副次的な化学プロセスおよび物理プロセスによって生じる起電力の変化により、バッテリー電圧が変化します。 これらの不可逆プロセスによって引き起こされるバッテリー起電力の変化は分極と呼ばれます。 バッテリー内の分極の主な理由は、残りの体積の濃度に対するプレートの活性物質の細孔内の電解質濃度の変化、およびその結果として生じる鉛イオンの濃度の変化です。 放電時には酸が消費され、充電時には酸が生成されます。 反応はプレートの活性物質の細孔内で起こり、酸分子とイオンの流入または除去が拡散によって起こります。 後者は、電極の領域と残りの体積の電解質濃度に一定の差がある場合にのみ発生します。この差は、電解質の粘度を決定する電流と温度に従って設定されます。 活性物質の細孔内の電解質濃度が変化すると、鉛イオンと起電力の濃度が変化します。 放電中は細孔内の電解質濃度の減少によりEMFが減少し、充電中は電解質濃度の増加によりEMFが増加します。
分極による起電力は常に電流の方向に向きます。 それはプレートの多孔度、電流、および
温度。 可逆EMFと分極EMFの合計、つまり E 0 ±E P , 電流起電力または動的起電力の下でのバッテリーの起電力を表します。 放電中は可逆EMFよりも小さくなり、充電中はより大きくなります。 電流下のバッテリ電圧は、比較的小さい内部電圧降下の値だけが動的 EMF と異なります。 したがって、電流時のバッテリーの電圧も電流と温度に依存します。 放電および充電中のバッテリ電圧に対する後者の影響は、回路が開いている場合よりもはるかに大きくなります。
放電中にバッテリー回路を開いた場合、電解液の継続的な拡散により、その電圧はゆっくりと開回路電圧まで上昇します。 充電中にバッテリー回路を開くと、その電圧はゆっくりと開回路電圧まで低下します。
電極の領域と残りの体積の電解質濃度の不均衡により、実際の電池の動作と理想的な電池の動作が区別されます。 充電時には、バッテリーは非常に希薄な電解液が含まれているかのように動作し、充電時には、非常に濃厚な電解液が含まれているかのように動作します。 希釈された電解質は常に濃度の高い電解質と混合され、一定量のエネルギーが熱の形で放出され、濃度が等しい場合にはそのエネルギーを利用することができます。 その結果、放電中にバッテリーが放出するエネルギーは、充電中に受け取るエネルギーよりも少なくなります。 化学プロセスの不完全性によりエネルギー損失が発生します。 このタイプの損失はバッテリーの主な損失です。
内部バッテリー抵抗トラ。内部抵抗は、プレートフレーム、アクティブマス、セパレーター、電解液の抵抗で構成されます。 後者は内部抵抗の大部分を占めます。 バッテリーの抵抗は、放電すると増加し、充電すると減少します。これは、溶液の濃度と硫黄含有量の変化の結果です。
活動量のベールに包まれます。 バッテリーの抵抗は低く、内部電圧降下が 10 分の 1 または 2 ボルトに達する、放電電流が大きい場合にのみ顕著になります。
バッテリーの自己放電。自己放電とは、使用されている材料中の偶発的な有害な不純物、または動作中に電解液に導入された不純物によって引き起こされる両極の極板での有害反応により、バッテリーに蓄えられた化学エネルギーが継続的に失われることです。 実用上最も重要なのは、銅、アンチモンなど、鉛よりも電気的に陽性であるさまざまな金属化合物が電解液中に存在することによって引き起こされる自己放電です。金属は負極板上に放出され、負極と多くの短絡要素を形成します。鉛のプレート。 反応の結果、硫酸鉛と水素が形成され、汚染された金属上に放出されます。 自己放電は、負極板でのガスのわずかな放出によって検出できます。
正極板でも、ベース鉛、過酸化鉛、電解液間の通常の反応によって自己放電が発生し、硫酸鉛が形成されます。
バッテリーの自己放電は、開回路時と放電および充電時の両方で常に発生します。 電解液の温度と密度に依存し(図27.2)、電解液の温度と密度が増加すると自己放電が増加します(温度25℃、電解液密度1.28での充電損失を100とします) %)。 自己放電による新しいバッテリーの容量の損失は、1 日あたり約 0.3% です。 バッテリーが古くなると、自己放電が増加します。
プレートの異常なサルフェーション。放電反応式からわかるように、放電のたびに両極性のプレート上に硫酸鉛が形成されます。 この硫酸塩には、
微細な結晶構造を持ち、適切な極性のプレートに電流を流すことによって容易に金属鉛と過酸化鉛に還元されます。 したがって、この意味での硫酸化は、バッテリーの動作に不可欠な部分を形成する通常の現象です。 異常なサルフェーションは、バッテリーが過放電、系統的に過充電になった場合、または放電したまま長期間使用されなかった場合、または過度に高い電解質密度および温度で動作した場合に発生します。 これらの条件下では、薄い結晶性硫酸塩がより緻密になり、結晶が成長して活性物質が大幅に拡大し、抵抗が高いため充電中に回復することが困難になります。 バッテリーをアイドル状態のままにしておくと、温度の変動により硫酸塩の形成が促進されます。 温度が上昇すると小さな硫酸塩の結晶が溶解し、その後温度が下がると硫酸塩がゆっくりと結晶化し、結晶が成長します。 温度変動の結果、小さな結晶が犠牲になって大きな結晶が形成されます。
硫酸化プレートでは、細孔が硫酸塩で詰まり、活物質がグリッドから絞り出され、プレートがしばしば反ります。 硫酸化板の表面は、擦ると硬くザラザラになります。
プレートの素材は指の間で砂のように感じられます。 暗褐色の陽極板が明るくなり、表面に白い硫酸塩の斑点が現れます。 陰極板は硬くなり、黄色がかった灰色になります。 硫酸化バッテリーは容量が低下します。
初期のサルフェーションは、低電流で長時間充電することで解消できます。 重度の硫酸化が発生した場合には、プレートを通常の状態に戻すための特別な措置が必要です。
正極板と負極板の活性物質は、電解質に対して特定の電位を持っています。 これらの電位間の差によってバッテリーの起電力が決まりますが、これは極板内の活性物質の量には依存しません。 バッテリーの起電力は主に電解質の密度に依存します。この依存性は次の経験式によって決定されます。
ここで、d はプレートの活性物質の細孔内の電解質の密度です。 充電中のバッテリ電圧は、内部電圧降下分だけ EMF 値より大きくなります。
U Z = E + I Z ∙ r 0、
ここで、r 0 はそれぞれバッテリーの内部抵抗と放電中の内部抵抗です。
U Р = E – I Р ∙ r 0 。
放電した鉛バッテリーの密度は d = 1.17 なので、E = 0.85 + 1.17 = 2.02 V になります。充電したバッテリーの密度は d = 1.21 なので、E = 0.85 + 1.21 = 2,06 V => 放電したバッテリーの EMF は次のようになります。負荷が切断されている場合は、充電されたバッテリの EMF とほとんど変わりません。 バッテリーを充電する場合、充電電圧は 2.3 ～ 2.8 V です。放電電圧は約 1.8 V です。
鉛バッテリー容量
公称容量は、電解質温度 25°C で 1.8 V の電圧まで 10 時間放電することによって決定されます。 鉛蓄電池の公称容量は 36 A/h です。 この容量は、放電電流 I P = Q/10 = 3.6 A に相当します。
放電電流 I P と電解液の温度が変化すると、その容量も変化します。 周囲温度の上昇は容量の増加に役立ちますが、温度が 40°C になると正極板が反り、バッテリーの自己放電が急激に増加するため、バッテリーを正常に動作させるには温度を維持する必要があります。 + 35 °C ～ 15 °C。
温度 25°C で 10 時間放電したときの公称容量は、次の式で求められます。
ここで、P t はバッテリーの活動質量の利用率 (%) です。
T – 放電中の電解液の実際の温度。
鉛蓄電池の種類
定置型バッテリーには、S、SK、SZ、SZE、SN などの文字が付いています。
C – 固定バッテリー。
K – 短期間の放電が可能なバッテリー。
Z – 密閉バージョンのバッテリー。
E – エボナイト容器。
H – コーティングされたプレートを備えたバッテリー。
文字指定の後ろにある数字はバッテリー番号を意味します。
S-1 – 36 A/h;
S-4 – 4 x 36 A/h;
その他...
アルカリ電池の種類
N-Zh (ニッケル-鉄)、N-K (ニッケル-カドミウム)、S-C (銀-亜鉛) のマーキング。 N–L 電池の起電力 (EMF) は次のとおりです。 E З = 1.5 V; E Р = 1.3 V。N-K 電池の起電力は次のとおりです。 E З = 1.4 V; E Р = 1.27 V。平均充電電圧は U З = 1.8 V です。 放電 U P = 1 V。
電源システム
一般規定
鉄道輸送における定置型オートメーションおよび通信機器への電力供給は、たとえば 24、60、220 V などの定格電圧の直流電源から行われます。定格電圧 24 V の電源は、トランジスタ化された機器、信号伝達に電力を供給するために使用されます。回路、自動リレー回路など。 定格電圧 60 V の電源 - 自動電話交換機、電信交換機用。 電圧 220 V の電源 - 通信機器、分岐器モーターなどに電力を供給します。 特定の定格電圧を備えた電流源は、通常、通信局、電気センターポスト、または集中電源が設置されているその他の施設の電源設備の一般複合体に含まれる独立した機器の形で作られます。
主な電源システムには、自律電源システム、バッファ電源システム、バッテリレス電源システム、および複合電源システムが含まれます (図 2.1)。 この自律システムは、可搬型および定置型のオートメーションおよび通信機器に電力を供給し、残りの部分には定置型機器に電力を供給するように設計されています。
米。 2.1. 電源システムのブロック図
自律型電力システム
一次要素からの電源供給システムは、主に携帯機器（無線局、測定器など）の動作を確保するために使用されます。 定置型機器に電力を供給するために、交流ネットワークが存在しない場所では自律型電源システムが使用されます。 「充放電」方式のバッテリ電源システム（図2.2）は、ACネットワークからのエネルギーが不定期に供給される場合を想定して設計されています。 この電源方式の本質は、電圧階調ごとに個別の整流器と 2 つ (またはそれ以上) のバッテリーがあることです。 . 1 つのバッテリーは機器に電力を供給し、もう 1 つは整流器から充電されるか、予備として充電され続けます。 バッテリーが特定の状態まで放電されるとすぐに、バッテリーは切り離されて充電用の整流器に接続され、充電されたバッテリーが機器に電力を供給するために接続されます。 この方法を使用して作業する場合、バッテリーは定電流モードで充電されることがほとんどです。 バッテリーの容量は、12 ～ 24 時間の機器への電力供給の持続時間に基づいて決定されるため、バッテリーは非常にかさばり、その設置には特別に設備の整った大きな部屋が必要です。 このようなバッテリーの耐用年数は 6 ～ 7 年です。これは、深く頻繁に充放電を繰り返すと極板が急速に破壊されるためです。 充電および放電プロセスを継続的に監視する必要があるため、運用コストが高くなります。
図2.2。 「充放電」方式を使用したバッテリー電源システムの図:
F – フィーダー。 SHPT – ACバス。 ZSh – 充電バス。 РШ – 排出バス。 1、2、3 – バッテリーグループ
インストール効率の低さ (30 ～ 45%) に加えて、リストされた欠点により、このモードの使用は制限されます。 この方法の利点には、負荷にわたる電圧リップルがないこと、および充電にさまざまな電流源を使用できることが含まれます。
バッファ電源システム
このような電源システムを整流器と並列に使用すると、 オーストラリアそして負荷はバッテリーにあります GB(図2.3)。 AC 電源障害または整流器の損傷が発生した場合でも、バッテリーは電力供給を中断することなく負荷に電力を供給し続けます。 充電式バッテリーは電気エネルギー源を確実にバックアップし、さらにパワーフィルターとともに必要なリップルの平滑化を行います。 バッファ電源システムでは、平均電流充電、パルス充電、連続充電の 3 つの動作モードが区別されます。
平均電流モード時(図 2.4) 整流器 ＵＺ州バッテリーと並列に接続されている GВ、負荷 Rn の電流 In の変化に関係なく、一定の電流 Iv を供給します。 負荷電流 In が小さい場合、整流器は負荷に電力を供給し、電流 I3 でバッテリを充電します。負荷電流が大きい場合、整流器は電流 Ir で放電されるバッテリとともに負荷に電力を供給します。 充電中、各バッテリーの電圧は増加して 2.7 V に達する場合がありますが、放電中は 2 V に減少します。このモードを実装するには、自動調整装置を使用しない最も単純な整流器を使用できます。 整流器電流は、日中に負荷への電力供給に費やされる電気エネルギー量 (アンペア時) に基づいて計算されます。 バッテリーの充電および放電時に常に存在する損失を補償するには、この値を 15 ～ 25% 増やす必要があります。
このモードの欠点は次のとおりです。負荷電流変化の実際の性質が正確に分からないため、必要な整流器電流を正確に決定して設定することができず、バッテリーの過充電または過充電につながります。 バッテリー寿命が短い（8～9年）。これは深い充放電サイクルが原因です。 各バッテリーの電圧は 2 ～ 2.7 V まで変化する可能性があるため、負荷全体の電圧が大幅に変動します。
パルス充電モード時(図 2.5) 整流器の電流はバッテリーの電圧に応じて急激に変化します GВ.この場合、整流器は オーストラリア バッテリー G とともに負荷 Rn に電力を供給します でまたは負荷を供給します
図 2.3 – バッファ電源システムの概略図
図 2.4 – 平均電流モード:
a – 図。 b – 電流図。 c – 電流と電圧の時間依存性。 I Z と I R はそれぞれバッテリーの充電電流と放電電流です。
図 2.5 – パルス充電モード:
a – 図。 b – 電流と電圧の図。 c、d – 電流と電圧の時間依存性
そしてバッテリーを充電します。 最大整流器電流は、ピーク負荷時間中に発生する電流よりわずかに高く設定され、最小負荷電流 I V max は最小負荷電流 I n より小さくなります。
初期位置では、整流器が最小電流を供給すると仮定します。 バッテリーパックが放電し、電圧がセルあたり 2.1 V に低下します。 リレー Rアーマチュアを解放し、抵抗器 R を接点で分路します。 . 整流器出力の電流は最大まで段階的に増加します。 この時点から、整流器は負荷に電力を供給し、バッテリーを充電します。 充電プロセス中に、バッテリーの電圧が増加し、セルあたり 2.3 V に達します。 リレーが再び作動する R、そして整流器電流は最小値まで低下します。 バッテリーが放電し始めます。 その後、サイクルが繰り返されます。 最大整流器電流と最小整流器電流の時間間隔の継続時間は、負荷の電流の変化に従って変化します。
このモードの利点は次のとおりです。 整流器出力における電流制御システムが簡単であること。 バッテリーと負荷の電圧変化に対する小さな制限 (セルあたり 2.1 ～ 2.3 V)。 充放電サイクルが浅くなるため、バッテリーの耐用年数が最大 10 ～ 12 年延長されます。 このモードは、オートメーション デバイスに電力を供給するために使用されます。
トリクル充電モード時(図 2.6) 負荷 Rn は整流器から完全に電力供給されます UZ。充電済みのバッテリー GB整流器から小さな一定の再充電電流を受け取り、自己放電を補償します。 このモードを実装するには、各バッテリーの整流器出力の電圧を (2.2 ± 0.05) V のレートで設定し、誤差が ±2% 以内に維持される必要があります。 この場合、酸電池の再充電電流は I p = (0.001-0.002) C N、アルカリ電池の場合は I p = 0.01 C N です。
図 2.6 – 連続充電モード:
a – 図。 b – 電流図。 c – 電流と電圧の時間依存性
このモードを完了するには、整流器に正確で信頼性の高い電圧安定化デバイスが必要です。 この要件を遵守しないと、バッテリーが過充電になったり、深放電や硫酸化が発生したりすることがあります。
このモードの利点は次のとおりです。整流器 (η = 0.7÷0.8) によってのみ決定される、かなり高い設置効率。 充放電サイクルがないため、バッテリー寿命が長く、18～20年に達します。 整流器の出力における高電圧の安定性。 自動化とバッテリーのメンテナンスの簡素化により運用コストを削減します。
通常、バッテリーは充電された状態にあるため、継続的に監視する必要はありません。 充電と放電のサイクルがなく、再充電電流が正しく選択されているため、サルフェーションが減少し、再充電と制御放電の間の時間を長くすることができます。
このモードの欠点は、安定化と自動化の要素により電源装置が複雑になることです。 このモードは、通信機器に電力を供給するデバイスで使用されます。
バッテリーEMF（起電力）これは、外部回路がない場合の電極電位の差です。 電極電位は平衡電極電位の合計です。 これは、静止時の電極の状態、つまり電気化学プロセスが存在しないこと、および充電（放電）中と回路が存在しないときの電極の電位の差として定義される分極電位を特徴付けます。
拡散プロセス。
拡散プロセスのおかげで、電池本体のキャビティとプレートの活性物質の細孔内の電解質密度が均一になり、外部回路がオフになっているときでも電極の分極を電池内で維持できます。
拡散速度は電解質の温度に直接依存し、温度が高いほどプロセスの進行は速くなり、時間は 2 時間から 1 日まで大きく異なります。 過渡状態における電極電位の 2 つの成分の存在により、平衡状態と非平衡状態に分けられます。 バッテリー起電力.
平衡状態へ バッテリー起電力電解液中の活性物質のイオンの含有量と濃度、および活性物質の化学的および物理的特性に影響を与えます。 EMF の値における主な役割は電解質の密度によって演じられ、温度は実質的に EMF に影響を与えません。 EMF の密度への依存性は次の式で表すことができます。
ここで、E はバッテリー起電力 (V) です。
P – 電解質密度が温度 25 度まで低下します。 C (g/cm3) この式は、電解液の使用密度が 1.05 ～ 1.30 g/cm3 の範囲にある場合に当てはまります。 EMF はバッテリーの希薄化の程度を直接特徴付けることはできません。 しかし、端末で測定し、計算された密度と比較すると、ある程度の確率でプレートの状態と容量を判断できます。
静止状態では、電極の細孔およびモノブロックの空洞内の電解質の密度は静止起電力と同じであり、静止起電力に等しい。 消費者または充電源を接続すると、プレートの分極と電極の細孔内の電解質濃度が変化します。 これは起電力の変化につながります。 充電するとEMF値は増加し、放電すると減少します。 これは、電気化学プロセスに関与する電解質の密度の変化によるものです。
バッテリー(エレメント) - 正負の電極 (鉛板) とこれらの板を分離するセパレータで構成され、ハウジングに取り付けられ、電解液 (硫酸溶液) に浸されます。 バッテリー内のエネルギーの蓄積は、電極の酸化 - 還元の化学反応中に発生します。
蓄電池必要な電圧と電流を提供するために直列および/または並列に接続された 2 つ以上のセクション (バッテリー、要素) で構成されます。電気を蓄積、蓄電、放電し、確実にエンジンを始動できるほか、エンジンが停止しているときに電化製品に電力を供給することもできます。
鉛蓄電池- 電極が主に鉛で作られ、電解液が硫酸溶液である充電式バッテリー。
活動量- これは電極の成分であり、充放電中に電流が流れると化学変化が起こります。
電極- 電解質と反応したときに電流を生成できる導電性材料。
正極（アノード） -充電されたバッテリー内の活性物質が二酸化鉛 (PbO2) からなる電極 (プレート)。
負極（カソード） -充電されたバッテリー内の活性物質がスポンジ鉛からなる電極。
電極グリッド活性物質を保持するだけでなく、活性物質に電流を供給したり除去したりする役割も果たします。
区切り文字 -電極を互いに絶縁するために使用される材料。
ポールターミナル充電電流を供給し、バッテリーの総電圧以下で充電電流を解放する役割を果たします。
鉛 -(Pb) - D.I.メンデレーエフの周期系の第4グループの化学元素、シリアル番号82、原子量207.21、原子価2および4。鉛は青みがかった灰色の金属で、固体の比重は11.3 g /です。 cm 3、温度に応じて溶解時に減少します。 金属の中で最も延性があり、最も薄いシートに容易に圧延でき、容易に鍛造できます。 鉛は加工が容易で、低融点金属の 1 つです。
酸化鉛(IV)(二酸化鉛) PbO 2 は、微妙な特徴的なオゾン臭を持つ暗褐色の重い粉末です。
アンチモン強い光沢と結晶構造を持つ銀白色の金属です。 鉛とは対照的に、それは硬い金属ですが、非常に脆く、簡単に粉々になります。 アンチモンは鉛よりもはるかに軽く、その比重は 6.7 g/cm 3 です。 水と弱酸はアンチモンに影響を与えません。 強塩酸や硫酸にはゆっくりと溶解します。
セルプラグバッテリーカバーのセル開口部を覆います。
中央換気プラグ電池カバーのガス出口穴を塞ぐ役割があります。
モノブロック●隔壁でセルごとに区切られたポリプロピレン製の電池ケースです。
蒸留水水の分解または蒸発の結果として生じる損失を補うためにバッテリーに追加されます。 バッテリーを補充するには、蒸留水のみを使用してください。
電解質硫酸を蒸留水に溶かした溶液で、セルの自由体積を満たし、電極やセパレーターの活性物質の細孔に浸透します。
浸漬された電極間に電流を流すことができます。 (ロシア中部の場合、t=+20°C で密度 1.27 ～ 1.28 g/cm3)。
座りがちな電解質:バッテリーからこぼれた電解液による危険を軽減するために、電解液の流動性を低下させる薬剤が使用されています。 電解質に物質を添加すると、電解質をゲルに変えることができます。 電解液の移動性を低下させるもう 1 つの方法は、ガラスマットをセパレーターとして使用することです。
オープンバッテリー- 穴の開いたプラグを備えたバッテリー。そこから蒸留水を加え、ガス状生成物を除去します。 穴には換気システムを装備することができます。
密閉型バッテリー- 通常の状態では閉じられていますが、内圧が設定値を超えるとガスを放出できる装置を備えたアキュムレータ。 通常、このようなバッテリーに電解液を追加充填することはできません。
乾電池で充電したバッテリー- 電解液なしで保管され、プレート (電極) が乾燥した充電状態にある充電式バッテリー。
管状（シェル）プレート- 正極板（電極）。活性物質が充填された一連の多孔質チューブで構成されます。
安全弁- 過剰な内圧が発生した場合にガスを逃がすことができる通気プラグの一部ですが、バッテリーに空気が入ることは許可しません。
アンペアアワー (Ah)は、アンペア単位の電流と時間単位の時間 (静電容量) の積に等しい電気エネルギーの尺度です。
バッテリー電圧- 放電中のバッテリーの端子間の電位差。
バッテリー容量- 完全に充電されたバッテリーが最終電圧に達するまで放電されたときに供給される電気エネルギーの量。
内部抵抗- 要素を流れる電流に対する抵抗 (オーム単位で測定)。 電解液、セパレーター、プレートの抵抗で構成されます。 主な要素は電解液抵抗であり、温度と硫酸濃度によって変化します。
電解質密度 - e次に、占有体積に対する質量の比率に等しい物体の特性。 たとえば、kg/l または g/cm3 で測定されます。
バッテリー寿命- 所定の条件下でバッテリーが有効に動作する期間。
ガス放出- 電解質の電気分解中のガスの生成。
自己放電- 静止時のバッテリーによる自然な容量の損失。 自己放電率は、極板の材質、電解液中の化学的不純物、密度、電池の清浄度、および動作時間によって異なります。
バッテリーの起電力（起電力）は、回路が開いているとき、つまり充電または放電電流が完全に存在しないときの、完全に充電されたバッテリーの極端子の電圧です。
サイクル- 要素の充電と放電の 1 つのシーケンス。
鉛蓄電池の電極上でのガスの形成。 特に鉛蓄電池の充電の最終段階で大量に放出されます。
ゲル電池- これらは密閉型鉛酸バッテリー (バルブが開いたときに少量のガス放出が発生するため密閉されていません) で、密閉されており、ゲル状の酸性電解質 (ドライフィットおよびゲル化エレクトロライト) を使用した完全にメンテナンスフリー (再充填はありません) です。ゲル技術）。
AGMテクノロジー(吸収ガラスマット) - 吸収性ガラス繊維パッド。
エネルギーリターン- 特定の条件下でバッテリーを元の状態に充電するのに必要なエネルギー量に対する、バッテリーの放電時に放出されるエネルギー量の比率。 通常の動作条件下での酸電池のエネルギー効率は 65%、アルカリ電池のエネルギー効率は 55 ～ 60% です。
比エネルギー- 放電中にバッテリーから放出されるエネルギー、単位体積 V または質量 m あたり、つまり W= W/V または W= W/m。 酸電池の比エネルギーは 7 ～ 25、ニッケル カドミウム 11 ～ 27、ニッケル鉄 20 ～ 36、銀亜鉛 120 ～ 130 Wh/kg です。
電池の短絡異なる極性のプレートを電気的に接続するときに発生します。
充電されたバッテリーの外部回路を閉じると、電流が発生します。 次のような反応が起こります。
マイナスプレートで
プラスプレートで
どこ e -電子の電荷は次の値に等しい
酸 2 分子が消費されるごとに、水 4 分子が生成されますが、同時に 2 分子の水が消費されます。 したがって、最終的には 2 つの水分子だけが形成されます。 式 (27.1) と (27.2) を追加すると、最終的な放電反応が得られます。
式 (27.1) ～ (27.3) は左から右に読む必要があります。
バッテリーが放電すると、両極の極板に硫酸鉛が形成されます。 硫酸は正極板と負極板の両方で消費され、正極板は負極板よりも多くの酸を消費します。 2 つの水分子が正極板で形成されます。 バッテリーが放電すると、電解質濃度が減少し、正極板付近でさらに減少します。
バッテリーに流れる電流の方向を変えると、化学反応の方向が逆になります。 バッテリーの充電プロセスが開始されます。 負および正のプレートでの電荷反応は式 (27.1) および (27.2) で表すことができ、全体の反応は式 (27.3) で表すことができます。 これらの方程式は右から左に読む必要があります。 充電すると、正極板の硫酸鉛は過酸化鉛に還元され、負極板では金属鉛に還元されます。 この場合、硫酸が生成され、電解質濃度が増加します。
起電力とバッテリー電圧は多くの要因に依存しますが、その中で最も重要なものは、電解液中の酸含有量、温度、電流とその方向、充電度です。 起電力、電圧、電流の関係は次のように書けます。
サナは次のようになります。
退院時 
どこ E 0 - 可逆EMF。 E n - 分極起電力。 R - バッテリーの内部抵抗。
可逆EMFは、あらゆる種類の損失が排除された理想的なバッテリーのEMFです。 このようなバッテリーでは、充電中に受け取ったエネルギーが放電中に完全に返されます。 可逆EMFは、電解液中の酸含有量と温度にのみ依存します。 これは、反応物質の生成熱に基づいて分析的に決定できます。
実際のバッテリーは、電流が無視でき、電流の通過時間が短い場合、理想に近い状態になります。 このような状態は、高感度のポテンショメータを使用して、バッテリ電圧と外部電圧 (電圧標準) のバランスをとることによって作り出すことができます。 このようにして測定された電圧は、開放電圧と呼ばれます。 可逆電磁界に近いものです。 テーブル内 表27.1は、1.100から1.300の電解質密度（15℃の温度を参照）および5から30℃の温度に対応するこの電圧の値を示しています。
表からわかるように、定置型バッテリーの典型的な電解質密度 1.200、温度 25 °C では、開回路でのバッテリー電圧は 2.046 V です。放電プロセス中に、電解質密度はわずかに減少します。 回路が開いているときの対応する電圧降下は、わずか 100 分の 1 ボルトです。 温度変化による開路電圧の変化は無視できる程度であり、むしろ理論的に興味深いものです。
充電または放電の方向に電流がバッテリーを通過すると、内部電圧降下と、電極および電解質における副次的な化学プロセスおよび物理プロセスによって生じる起電力の変化により、バッテリー電圧が変化します。 これらの不可逆プロセスによって引き起こされるバッテリー起電力の変化は分極と呼ばれます。 バッテリー内の分極の主な理由は、残りの体積の濃度に対するプレートの活性物質の細孔内の電解質濃度の変化、およびその結果として生じる鉛イオンの濃度の変化です。 放電時には酸が消費され、充電時には酸が生成されます。 反応はプレートの活性物質の細孔内で起こり、酸分子とイオンの流入または除去が拡散によって起こります。 後者は、電極の領域と残りの体積の電解質濃度に一定の差がある場合にのみ発生します。この差は、電解質の粘度を決定する電流と温度に従って設定されます。 活性物質の細孔内の電解質濃度が変化すると、鉛イオンと起電力の濃度が変化します。 放電中は細孔内の電解質濃度の減少によりEMFが減少し、充電中は電解質濃度の増加によりEMFが増加します。
分極による起電力は常に電流の方向に向きます。 それはプレートの多孔度、電流、および
温度。 可逆EMFと分極EMFの合計、つまり E 0 ±E P , 電流起電力または動的起電力の下でのバッテリーの起電力を表します。 放電中は可逆EMFよりも小さくなり、充電中はより大きくなります。 電流下のバッテリ電圧は、比較的小さい内部電圧降下の値だけが動的 EMF と異なります。 したがって、電流時のバッテリーの電圧も電流と温度に依存します。 放電および充電中のバッテリ電圧に対する後者の影響は、回路が開いている場合よりもはるかに大きくなります。
放電中にバッテリー回路を開いた場合、電解液の継続的な拡散により、その電圧はゆっくりと開回路電圧まで上昇します。 充電中にバッテリー回路を開くと、その電圧はゆっくりと開回路電圧まで低下します。
電極の領域と残りの体積の電解質濃度の不均衡により、実際の電池の動作と理想的な電池の動作が区別されます。 充電時には、バッテリーは非常に希薄な電解液が含まれているかのように動作し、充電時には、非常に濃厚な電解液が含まれているかのように動作します。 希釈された電解質は常に濃度の高い電解質と混合され、一定量のエネルギーが熱の形で放出され、濃度が等しい場合にはそのエネルギーを利用することができます。 その結果、放電中にバッテリーが放出するエネルギーは、充電中に受け取るエネルギーよりも少なくなります。 化学プロセスの不完全性によりエネルギー損失が発生します。 このタイプの損失はバッテリーの主な損失です。
内部バッテリー抵抗トラ。内部抵抗は、プレートフレーム、アクティブマス、セパレーター、電解液の抵抗で構成されます。 後者は内部抵抗の大部分を占めます。 バッテリーの抵抗は、放電すると増加し、充電すると減少します。これは、溶液の濃度と硫黄含有量の変化の結果です。
活動量のベールに包まれます。 バッテリーの抵抗は低く、内部電圧降下が 10 分の 1 または 2 ボルトに達する、放電電流が大きい場合にのみ顕著になります。
バッテリーの自己放電。自己放電とは、使用されている材料中の偶発的な有害な不純物、または動作中に電解液に導入された不純物によって引き起こされる両極の極板での有害反応により、バッテリーに蓄えられた化学エネルギーが継続的に失われることです。 実用上最も重要なのは、銅、アンチモンなど、鉛よりも電気的に陽性であるさまざまな金属化合物が電解液中に存在することによって引き起こされる自己放電です。金属は負極板上に放出され、負極と多くの短絡要素を形成します。鉛のプレート。 反応の結果、硫酸鉛と水素が形成され、汚染された金属上に放出されます。 自己放電は、負極板でのガスのわずかな放出によって検出できます。
正極板でも、ベース鉛、過酸化鉛、電解液間の通常の反応によって自己放電が発生し、硫酸鉛が形成されます。
バッテリーの自己放電は、開回路時と放電および充電時の両方で常に発生します。 電解液の温度と密度に依存し(図27.2)、電解液の温度と密度が増加すると自己放電が増加します(温度25℃、電解液密度1.28での充電損失を100とします) %)。 自己放電による新しいバッテリーの容量の損失は、1 日あたり約 0.3% です。 バッテリーが古くなると、自己放電が増加します。
プレートの異常なサルフェーション。放電反応式からわかるように、放電のたびに両極性のプレート上に硫酸鉛が形成されます。 この硫酸塩には、
微細な結晶構造を持ち、適切な極性のプレートに電流を流すことによって容易に金属鉛と過酸化鉛に還元されます。 したがって、この意味での硫酸化は、バッテリーの動作に不可欠な部分を形成する通常の現象です。 異常なサルフェーションは、バッテリーが過放電、系統的に過充電になった場合、または放電したまま長期間使用されなかった場合、または過度に高い電解質密度および温度で動作した場合に発生します。 これらの条件下では、薄い結晶性硫酸塩がより緻密になり、結晶が成長して活性物質が大幅に拡大し、抵抗が高いため充電中に回復することが困難になります。 バッテリーをアイドル状態のままにしておくと、温度の変動により硫酸塩の形成が促進されます。 温度が上昇すると小さな硫酸塩の結晶が溶解し、その後温度が下がると硫酸塩がゆっくりと結晶化し、結晶が成長します。 温度変動の結果、小さな結晶が犠牲になって大きな結晶が形成されます。
硫酸化プレートでは、細孔が硫酸塩で詰まり、活物質がグリッドから絞り出され、プレートがしばしば反ります。 硫酸化板の表面は、擦ると硬くザラザラになります。
プレートの素材は指の間で砂のように感じられます。 暗褐色の陽極板が明るくなり、表面に白い硫酸塩の斑点が現れます。 陰極板は硬くなり、黄色がかった灰色になります。 硫酸化バッテリーは容量が低下します。
初期のサルフェーションは、低電流で長時間充電することで解消できます。 重度の硫酸化が発生した場合には、プレートを通常の状態に戻すための特別な措置が必要です。
