Ja aizverat uzlādēta akumulatora ārējo ķēdi, parādīsies elektriskā strāva. Šajā gadījumā notiek šādas reakcijas:
pie negatīvās plāksnes
pie pozitīvās plāksnes
Kur e - elektrona lādiņš ir
Uz katrām divām patērētajām skābes molekulām veidojas četras ūdens molekulas, bet tajā pašā laikā tiek patērētas divas ūdens molekulas. Tāpēc galu galā veidojas tikai divas ūdens molekulas. Saskaitot vienādojumus (27.1) un (27.2), iegūstam galīgo izlādes reakciju:
Vienādojumi (27.1) - (27.3) jālasa no kreisās puses uz labo.
Kad akumulators ir izlādējies, uz abu polaritātes plāksnēm veidojas svina sulfāts. Sērskābi patērē gan pozitīvās, gan negatīvās plāksnes, savukārt pozitīvās plāksnes patērē vairāk skābes nekā negatīvās. Pie pozitīvajām plāksnēm veidojas divas ūdens molekulas. Elektrolīta koncentrācija samazinās, kad akumulators ir izlādējies, savukārt pie pozitīvajām plāksnēm tā samazinās lielākā mērā.
Ja maināt strāvas virzienu caur akumulatoru, ķīmiskās reakcijas virziens tiks mainīts. Sāksies akumulatora uzlādes process. Uzlādes reakcijas uz negatīvajām un pozitīvajām plāksnēm var attēlot ar vienādojumu (27.1) un (27.2), un kopējo reakciju var attēlot ar vienādojumu (27.3). Šie vienādojumi tagad jālasa no labās uz kreiso pusi. Uzlādes laikā svina sulfāts pie pozitīvās plāksnes tiek reducēts par svina peroksīdu, pie negatīvās plāksnes - par metālisku svinu. Šajā gadījumā veidojas sērskābe un palielinās elektrolīta koncentrācija.
Akumulatora elektromotora spēks un spriegums ir atkarīgs no daudziem faktoriem, no kuriem svarīgākie ir skābes saturs elektrolītā, temperatūra, strāva un tās virziens, uzlādes pakāpe. Var uzrakstīt sakarību starp elektromotora spēku, spriegumu un strāvu
san šādi:
pie izrakstīšanas 
Kur E 0 - atgriezenisks EMF; E p - polarizācijas EML; R - akumulatora iekšējā pretestība.
Atgriezeniskais EMF ir ideāla akumulatora EML, kurā tiek novērsti visa veida zudumi. Šādā akumulatorā uzlādes laikā saņemtā enerģija tiek pilnībā atgriezta izlādēšanās laikā. Atgriezeniskais EML ir atkarīgs tikai no skābes satura elektrolītā un temperatūras. To var noteikt analītiski no reaģentu veidošanās siltuma.
Īsts akumulators atrodas apstākļos, kas ir tuvu ideālam, ja strāva ir niecīga un arī tās caurlaidības ilgums ir īss. Šādus apstākļus var radīt, balansējot akumulatora spriegumu ar kādu ārējo spriegumu (sprieguma standartu), izmantojot jutīgu potenciometru. Šādā veidā izmērīto spriegumu sauc par atvērtās ķēdes spriegumu. Tas ir tuvu atgriezeniskajam emf. Tabulā. 27.1 parāda šī sprieguma vērtības, kas atbilst elektrolīta blīvumam no 1100 līdz 1300 (attiecas uz temperatūru 15 ° C) un temperatūru no 5 līdz 30 ° C.
Kā redzams tabulā, pie elektrolīta blīvuma 1,200, kas ir parasts stacionāriem akumulatoriem, un 25 ° C temperatūrā, akumulatora spriegums ar atvērtu ķēdi ir 2,046 V. Izlādes laikā elektrolīta blīvums nedaudz samazinās. Attiecīgais sprieguma kritums atvērtā ķēdē ir tikai dažas voltu simtdaļas. Temperatūras izmaiņu izraisītās atvērtās ķēdes sprieguma izmaiņas ir niecīgas, un tās ir vairāk teorētiskas.
Ja noteikta strāva iet caur akumulatoru uzlādes vai izlādes virzienā, akumulatora spriegums mainās iekšējā sprieguma krituma un EML izmaiņu dēļ, ko izraisa blakus ķīmiskie un fizikālie procesi elektrodos un elektrolītā. Šo neatgriezenisko procesu izraisītās izmaiņas akumulatora EML sauc par polarizāciju. Galvenie polarizācijas cēloņi akumulatorā ir elektrolīta koncentrācijas izmaiņas plākšņu aktīvās masas porās attiecībā pret tā koncentrāciju pārējā tilpumā un no tā izrietošās svina jonu koncentrācijas izmaiņas. Izlādējoties, skābe tiek patērēta, uzlādējot veidojas. Reakcija notiek plākšņu aktīvās masas porās, un skābes molekulu un jonu pieplūde vai noņemšana notiek difūzijas ceļā. Pēdējais var notikt tikai tad, ja elektrolītu apgabalā un pārējā tilpumā ir noteikta atšķirība elektrolītu koncentrācijās, kas ir iestatīta atbilstoši strāvai un temperatūrai, kas nosaka elektrolīta viskozitāti. Elektrolīta koncentrācijas izmaiņas aktīvās masas porās izraisa svina jonu un EML koncentrācijas izmaiņas. Izlādes laikā, elektrolītu koncentrācijas samazināšanās dēļ porās, EML samazinās, un uzlādes laikā, palielinoties elektrolīta koncentrācijai, EML palielinās.
Polarizācijas elektromotora spēks vienmēr ir vērsts pret strāvu. Tas ir atkarīgs no plākšņu porainības, strāvas un
temperatūra. Atgriezeniskā EML un polarizācijas EML summa, t.i. E 0 ± E P , apzīmē akumulatora EML strāvas vai dinamiskā EML. Izlādējoties, tas ir mazāks par atgriezenisko emf, un, kad tas ir uzlādēts, tas ir lielāks. Akumulatora spriegums zem strāvas atšķiras no dinamiskā EMF tikai ar iekšējā sprieguma krituma vērtību, kas ir salīdzinoši mazs. Tāpēc barota akumulatora spriegums ir atkarīgs arī no strāvas un temperatūras. Pēdējā ietekme uz akumulatora spriegumu izlādes un uzlādes laikā ir daudz lielāka nekā ar atvērtu ķēdi.
Ja akumulatora ķēde tiek atvērta izlādes laikā, akumulatora spriegums lēnām palielināsies līdz atvērtās ķēdes spriegumam nepārtrauktas elektrolīta difūzijas dēļ. Ja uzlādes laikā atverat akumulatora ķēdi, akumulatora spriegums lēnām samazināsies līdz atvērtās ķēdes spriegumam.
Elektrolītu koncentrāciju nevienlīdzība elektrodu zonā un pārējā tilpumā atšķir reāla akumulatora darbību no ideālas. Uzlādējot akumulatoru, tas uzvedas tā, it kā tajā būtu ļoti atšķaidīts elektrolīts, un, kad tas ir uzlādēts, tas uzvedas tā, it kā tajā būtu ļoti koncentrēts elektrolīts. Atšķaidīts elektrolīts pastāvīgi tiek sajaukts ar koncentrētāku, savukārt siltuma veidā izdalās noteikts enerģijas daudzums, kuru, ja koncentrācijas ir vienādas, varētu izmantot. Tā rezultātā izlādes laikā akumulatora izdalītā enerģija ir mazāka nekā uzlādes laikā saņemtā enerģija. Enerģijas zudumi rodas ķīmiskā procesa nepilnības dēļ. Šis zuduma veids ir galvenais akumulatorā.
Akumulatora iekšējā pretestībaTora. Iekšējo pretestību veido plāksnes rāmja, aktīvās masas, separatoru un elektrolīta pretestības. Pēdējais veido lielāko daļu iekšējās pretestības. Akumulatora pretestība palielinās izlādes laikā un samazinās uzlādes laikā, kas ir šķīduma koncentrācijas un sulfāta satura izmaiņu sekas.
plīvurs aktīvajā masā. Akumulatora pretestība ir maza un pamanāma tikai pie lielas izlādes strāvas, kad iekšējais sprieguma kritums sasniedz vienu vai divas volta desmitdaļas.
Akumulatora pašizlāde. Pašizlāde ir nepārtraukts akumulatorā uzkrātās ķīmiskās enerģijas zudums blakusreakcijām uz abu polaritāšu plāksnēm, ko izraisa nejauši kaitīgi piemaisījumi izmantotajos materiālos vai piemaisījumi, kas darba laikā nonāk elektrolītā. Vislielākā praktiskā nozīme ir pašizlādei, ko elektrolītā izraisa dažādu metālu savienojumu klātbūtne, kas ir elektropozitīvāki par svinu, piemēram, varš, antimons utt. Metāli izdalās uz negatīvajām plāksnēm un veido daudzus īssavienojumu elementus ar svina plāksnēm. . Reakcijas rezultātā veidojas svina sulfāts un ūdeņradis, kas izdalās uz piesārņotā metāla. Pašizlādi var noteikt, nedaudz izlaižot gāzi pie negatīvajām plāksnēm.
Uz pozitīvajām plāksnēm pašizlāde notiek arī normālas reakcijas dēļ starp bāzes svinu, svina peroksīdu un elektrolītu, kā rezultātā veidojas svina sulfāts.
Akumulatora pašizlāde notiek vienmēr: gan ar atvērtu ķēdi, gan ar izlādi un uzlādi. Tas ir atkarīgs no elektrolīta temperatūras un blīvuma (27.2. att.), un, palielinoties elektrolīta temperatūrai un blīvumam, palielinās pašizlāde (lādiņa zudums 25 ° C temperatūrā un elektrolīta blīvums 1,28 tiek pieņemts kā 100%). Jauna akumulatora jaudas zudums pašizlādes dēļ ir aptuveni 0,3% dienā. Akumulatoram novecojot, palielinās pašizlāde.
Nenormāla plāksnes sulfācija. Svina sulfāts veidojas uz abu polaritātes plāksnēm ar katru izlādi, kā redzams no izlādes reakcijas vienādojuma. Šim sulfātam ir
smalka kristāliskā struktūra un uzlādes strāva tiek viegli atjaunota svina metālā un svina peroksīdā uz atbilstošas polaritātes plāksnēm. Tāpēc sulfācija šajā ziņā ir normāla parādība, kas ir akumulatora darbības neatņemama sastāvdaļa. Nenormāla sulfācija rodas, ja akumulatori ir pārāk izlādēti, sistemātiski nepietiekami uzlādēti vai atstāti izlādētā stāvoklī un ilgu laiku ir neaktīvi, vai ja tie tiek darbināti ar pārāk augstu elektrolīta blīvumu un augstā temperatūrā. Šādos apstākļos smalkais kristāliskais sulfāts kļūst blīvāks, kristāli aug, ievērojami paplašinot aktīvo masu, un lielās pretestības dēļ tos ir grūti atgūt, kad tie tiek uzlādēti. Ja akumulators ir neaktīvs, temperatūras svārstības veicina sulfāta veidošanos. Temperatūrai paaugstinoties, mazie sulfāta kristāli izšķīst, un, temperatūrai pazeminoties, sulfāts lēnām izkristalizējas un kristāli aug. Temperatūras svārstību rezultātā uz mazo rēķina veidojas lieli kristāli.
Sulfētās plāksnēs poras ir aizsērējušas ar sulfātu, aktīvais materiāls tiek izspiests no režģiem, un plāksnes bieži deformējas. Sulfēto plākšņu virsma kļūst cieta, raupja un berzējot
Plākšņu materiāls starp pirkstiem jūtams kā smiltis. Tumši brūnās pozitīvās plāksnes kļūst gaišākas, un uz virsmas parādās balti sulfāta plankumi. Negatīvās plāksnes kļūst cietas, dzeltenīgi pelēkas. Sulfātētā akumulatora jauda ir samazināta.
Sākotnējo sulfāciju var novērst, ilgstoši uzlādējot ar vieglu strāvu. Ja ir spēcīga sulfācija, ir nepieciešami īpaši pasākumi, lai plāksnes atgrieztos normālā stāvoklī.
Pozitīvo un negatīvo plākšņu aktīvajām vielām ir noteikts potenciāls attiecībā pret elektrolītu. Šo potenciālu atšķirība nosaka akumulatora emf, kas nav atkarīgs no aktīvās vielas daudzuma plāksnēs. Akumulatora emf galvenokārt ir atkarīgs no elektrolīta blīvuma, šo atkarību nosaka pēc empīriskās formulas:
kur d ir elektrolīta blīvums plākšņu aktīvās masas porās. Akumulatora spriegums uzlādes laikā ir lielāks par EMF vērtību par iekšējā sprieguma krituma vērtību:
U З \u003d E + I З ∙ r 0,
kur r 0 ir akumulatora iekšējā pretestība un attiecīgi izlādējoties:
U R \u003d E - I R ∙ r 0.
Izlādēta svina akumulatora blīvums ir d = 1,17, tad E = 0,85 + 1,17 = 2,02 V. Uzlādētam akumulatoram ir d = 1,21, tad E = 0,85 + 1,21 = 2, 06 V => izlādēta akumulatora EMF atvienota slodze maz atšķiras no uzlādēta akumulatora EMF. Kad akumulators tiek uzlādēts, tā uzlādes spriegums ir 2,3–2,8 V. Izlādes spriegums ir aptuveni 1,8 V.
Svina akumulatora ietilpība
Nominālo jaudu nosaka ar desmit stundu izlādi līdz 1,8 V spriegumam, pie elektrolīta temperatūras 25°C. Svina akumulatora nominālā jauda ir 36 Ah. Šī jauda atbilst izlādes strāvai I P \u003d Q / 10 \u003d 3,6 A.
Ja mainīsit izlādes strāvu I P un elektrolīta temperatūru, mainīsies arī tā jauda. Apkārtējās vides temperatūras paaugstināšanās veicina jaudas palielināšanos, bet 40 ° C temperatūrā pozitīvās plāksnes deformējas un strauji palielinās akumulatora pašizlāde, tāpēc normālai akumulatora darbībai temperatūra + 35 ° C - 15 ° C jāuztur.
Nominālo jaudu pie 25°C temperatūras un desmit stundu izlādes nosaka pēc formulas:
kur P t ir akumulatora aktīvās masas izmantošanas koeficients, %;
T ir faktiskā elektrolīta temperatūra izlādes laikā.
Svina-skābes akumulatoru veidi
Stacionārie akumulatori ir apzīmēti ar burtiem C, SK, SZ, SZE, SN un citiem:
C - stacionārs akumulators;
K - akumulators, kas ļauj īslaicīgi izlādēties;
Z - akumulators slēgtā versijā;
E - ebonīta trauks;
H - akumulators ar izsmērētām plāksnēm.
Cipars, kas ievietots aiz burta, norāda akumulatora numuru:
S-1 - 36 A / h;
S-4 - 4 x 36 A / h;
un citi...
Sārma bateriju veidi
Marķējums N-Zh (niķelis - dzelzs), N-K (niķelis - kadmijs), S - C (sudrabs - cinks). N–L akumulatoru elektromotora spēks (EMF) ir: E Z = 1,5 V; E R = 1,3 V. H-K akumulatoru EMF ir: E Z = 1,4 V; E P \u003d 1,27 V. Vidējais uzlādes spriegums ir U Z \u003d 1,8 V; izlāde U P = 1 V.
ENERĢIJAS SISTĒMAS
Vispārīgi noteikumi
Stacionārās automatizācijas un sakaru iekārtas dzelzceļa transportā tiek darbinātas no līdzstrāvas avotiem ar nominālo spriegumu, piemēram, 24, 60, 220 V utt. Avoti ar nominālo spriegumu 24 V tiek izmantoti tranzistoru iekārtu, signalizācijas ķēžu, automatizācijas releju barošanai. ķēdes utt.; avoti ar nominālo spriegumu 60 V - automātiskajām telefona centrālēm, telegrāfa komutācijas iekārtām; avoti ar spriegumu 220 V - sakaru iekārtu, pārmiju motoru uc darbināšanai. Strāvas avoti ar noteiktu nominālo spriegumu parasti tiek izgatavoti neatkarīgu iekārtu veidā, kas ietilpst sakaru mājas, EK posteņa vai cita objekta, kurā atrodas centralizētās barošanas avoti, elektroapgādes instalācijas vispārējā kompleksā.
Galvenās barošanas sistēmas ietver autonomās, bufera, bezakumulatora un kombinētās barošanas sistēmas (2.1. att.). Autonomā sistēma ir paredzēta portatīvo un stacionāro automatizācijas un sakaru iekārtu barošanai, bet pārējā - stacionāro iekārtu barošanai.
Rīsi. 2.1. Elektroapgādes sistēmu strukturālā diagramma
Autonomā energosistēma
Strāvas padeves sistēma no primārajiem elementiem galvenokārt tiek izmantota, lai nodrošinātu portatīvo iekārtu (radiostacijas, mērīšanas iekārtas utt.) darbību. Stacionāro iekārtu barošanai tiek izmantota autonoma barošanas sistēma vietās, kur nav maiņstrāvas tīkla. Akumulatoru barošanas sistēma pēc "uzlādes-izlādes" metodes (2.2. att.) paredzēta gadījumiem, kad barošana no maiņstrāvas tīkliem tiek piegādāta neregulāri. Šīs barošanas metodes būtība ir tāda, ka katrai sprieguma gradācijai ir atsevišķs taisngriezis un divas (vai vairākas) baterijas. . Iekārta tiek darbināta no viena akumulatora, bet otra tiek uzlādēta no taisngrieža vai tiek uzlādēta rezervē. Tiklīdz akumulators ir izlādējies līdz noteiktam stāvoklim, tas tiek atvienots un savienots ar taisngriezi uzlādēšanai, un uzlādēts akumulators tiek pievienots iekārtas barošanai. Strādājot pēc šīs metodes, baterijas visbiežāk tiek uzlādētas pastāvīgas strāvas režīmā. Akumulatoru ietilpība tiek noteikta, pamatojoties uz iekārtas barošanas ilgumu 12-24 stundas, tāpēc akumulatori ir ļoti apjomīgi un to uzstādīšanai ir nepieciešamas īpaši aprīkotas lielas telpas. Šādu akumulatoru kalpošanas laiks ir 6-7 gadi, jo dziļi un bieži uzlādes un izlādes cikli izraisa ātru plākšņu iznīcināšanu. Nepieciešamība pastāvīgi uzraudzīt uzlādes un izlādes procesus rada augstas ekspluatācijas izmaksas.
2.2.att. Akumulatora barošanas sistēmas shēma saskaņā ar "uzlādes - izlādes" metodi:
F - padevējs; ShPT - maiņstrāvas kopne; ЗШ - riepu uzlāde; RSh-izlādes riepas; 1, 2, 3 - akumulatoru grupas
Šie trūkumi, kā arī zemā instalācijas efektivitāte (30-45%) ierobežo šī režīma izmantošanu. Metodes priekšrocības ietver sprieguma pulsācijas neesamību uz slodzes un iespēju uzlādei izmantot dažādus strāvas avotus.
Bufera barošanas sistēma
Ar šādu barošanas sistēmu paralēli taisngriezim USD un slodze ir savienota ar akumulatoru GB(2.3. att.). Maiņstrāvas atteices vai taisngrieža atteices gadījumā akumulators turpina barot slodzi bez strāvas pārtraukuma. Akumulators nodrošina drošu elektrisko enerģijas avotu dublēšanu, turklāt tas kopā ar jaudas filtru nodrošina nepieciešamo pulsācijas izlīdzināšanu. Ar bufera barošanas sistēmu izšķir trīs darbības režīmus: vidēja strāva, impulsa un nepārtraukta uzlāde.
Vidējas strāvas režīmā(2.4. att.) taisngriezis ASV, savienots paralēli akumulatoram GB, nodrošina pastāvīgu strāvu I in neatkarīgi no strāvas I n izmaiņām slodzē R n. Ja slodzes strāva I n ir maza, taisngriezis piegādā slodzi un uzlādē akumulatoru ar strāvu I 3, un, ja slodzes strāva ir liela, taisngriezis kopā ar akumulatoru, kas tiek izlādēts ar strāvu I p, nodrošina slodzi. . Uzlādes laikā spriegums uz katra akumulatora akumulatora palielinās un var sasniegt 2,7 V, un izlādes laikā tas samazinās līdz 2 V. Lai īstenotu šo režīmu, var izmantot vienkāršus taisngriežus bez automātiskās regulēšanas ierīcēm. Taisngrieža strāvu aprēķina, pamatojoties uz elektroenerģijas daudzumu (ampērstundās), kas patērēts slodzes darbināšanai dienas laikā. Šī vērtība jāpalielina par 15-25%, lai kompensētu zaudējumus, kas vienmēr pastāv, uzlādējot un izlādējot akumulatorus.
Režīma trūkumi ietver: nespēju precīzi noteikt un iestatīt nepieciešamo taisngrieža strāvu, jo nekad nav precīzi zināms slodzes strāvas izmaiņu faktiskais raksturs, kas izraisa akumulatoru nepietiekamu vai pārmērīgu uzlādi; īss akumulatora darbības laiks (8-9 gadi), ko izraisa dziļas uzlādes un izlādes cikli; ievērojamas slodzes sprieguma svārstības, jo katra akumulatora spriegums var svārstīties no 2 līdz 2,7 V.
Impulsa uzlādes režīmā(2.5. att.) taisngrieža strāva krasi mainās atkarībā no sprieguma uz akumulatora GB. Tajā pašā laikā taisngriezis USD nodrošina strāvu slodzei R n kopā ar akumulatoru G IN vai pabarot kravu
Attēls 2.3 - Buferbarošanas sistēmas shēma
2.4. attēls — vidējās strāvas režīms:
a - shēma; b – strāvas diagramma; c – strāvu un spriegumu atkarības no laika; I Z un I R - attiecīgi akumulatora uzlādes un izlādes strāvas
2.5. attēls — impulsa uzlādes režīms:
a - shēma; b - strāvu un spriegumu diagramma; c, d – strāvu un spriegumu atkarības no laika
un uzlādē akumulatoru. Maksimālā taisngrieža strāva ir iestatīta nedaudz augstāka par strāvu, kas rodas lielākās slodzes stundā, un minimālā slodzes strāva I V max ir mazāka par minimālo slodzes strāvu I n.
Pieņemsim, ka sākotnējā stāvoklī taisngriezis dod minimālo strāvu. Akumulators izlādējas, un akumulatora spriegums samazinās līdz 2,1 V uz vienu elementu. Relejs R atbrīvo armatūru un šuntē rezistoru R ar kontaktiem . Strāva pie taisngrieža izejas pakāpeniski palielinās līdz maksimumam. No šī brīža taisngriezis baro slodzi un uzlādē akumulatoru. Uzlādes procesa laikā akumulatora spriegums palielinās un sasniedz 2,3 V uz vienu šūnu. Atkal stafetes braucieni R, un taisngrieža strāva samazinās līdz minimumam; akumulators sāk izlādēties. Pēc tam cikli tiek atkārtoti. Taisngrieža maksimālās un minimālās strāvas laika intervālu ilgums mainās atkarībā no strāvas izmaiņām slodzē.
Režīma priekšrocības ietver: sistēmas vienkāršību strāvas regulēšanai taisngrieža izejā; nelielas akumulatora un slodzes sprieguma izmaiņu robežas (no 2,1 līdz 2,3 V uz vienu elementu); akumulatora darbības laika pieaugums līdz 10-12 gadiem, jo ir mazāks dziļās uzlādes un izlādes ciklu skaits. Šo režīmu izmanto automatizācijas ierīču barošanai.
Nepārtrauktas uzlādes režīmā(2.6. att.) slodze R n tiek pilnībā darbināta no taisngrieža ASV. Uzlādēts akumulators GB saņem no taisngrieža nelielu tiešās uzlādes strāvu, kompensējot pašizlādi. Lai ieviestu šo režīmu, katram akumulatoram ir jāiestata spriegums taisngrieža izejā ar ātrumu (2,2 ± 0,05) V un jāuztur tas ar kļūdu, kas nepārsniedz ± 2%. Tajā pašā laikā uzlādes strāva skābes akumulatoriem I p \u003d (0,001-0,002) C n un sārma akumulatoriem I p \u003d 0,01 C N. Tāpēc jums-
2.6. attēls — nepārtrauktas uzlādes režīms:
a - shēma; b – strāvas diagramma; c - strāvu un spriegumu atkarība no laika
Lai pabeigtu šo režīmu, taisngriežiem jābūt precīzām un uzticamām sprieguma stabilizācijas ierīcēm. Ja tas netiks izdarīts, akumulatori tiks pārāk uzlādēti vai dziļi izlādējušies un sulfāti.
Režīma priekšrocības ietver: diezgan augstu instalācijas efektivitāti, ko nosaka tikai taisngriezis (η = 0,7÷0,8); ilgs akumulatora darbības laiks, sasniedzot 18-20 gadus, jo nav uzlādes un izlādes ciklu; augsta sprieguma stabilitāte pie taisngrieža izejas; zemākas ekspluatācijas izmaksas, pateicoties iespējai automatizēt un vienkāršot akumulatoru apkopi.
Baterijas parasti ir uzlādētas, un tām nav nepieciešama pastāvīga uzraudzība. Uzlādes un izlādes ciklu trūkums un pareizi izvēlēta pastiprināšanas strāva samazina sulfāciju un ļauj palielināt periodus starp uzlādi un kontroles izlādi.
Režīma trūkums ir nepieciešamība sarežģīt piegādes ierīces stabilizācijas un automatizācijas elementu dēļ. Režīms tiek izmantots sakaru iekārtu barošanas ierīcēs.
Akumulatora EMF (elektromotīves spēks) ir elektrodu potenciālu atšķirība, ja nav ārējas ķēdes. Elektroda potenciāls ir līdzsvara elektroda potenciāla summa. Tas raksturo elektroda stāvokli miera stāvoklī, tas ir, elektroķīmisko procesu neesamību un polarizācijas potenciālu, ko definē kā elektroda potenciālu starpību uzlādes (izlādes) laikā un ķēdes neesamības gadījumā.
difūzijas process.
Pateicoties difūzijas procesam, elektrolīta blīvuma izlīdzināšanai akumulatora korpusa dobumā un plākšņu aktīvās masas porās, elektrodu polarizāciju var saglabāt akumulatorā, kad ārējā ķēde ir izslēgta.
Difūzijas ātrums ir tieši atkarīgs no elektrolīta temperatūras, jo augstāka temperatūra, jo ātrāk notiek process un var ievērojami atšķirties laikā, no divām stundām līdz dienai. Divu elektrodu potenciāla komponentu klātbūtne pārejošos apstākļos noveda pie sadalīšanas līdzsvarā un nelīdzsvarotā. akumulatora emf.
Par līdzsvaru akumulatora emf aktīvo vielu jonu saturu un koncentrāciju elektrolītā, kā arī aktīvo vielu ķīmiskās un fizikālās īpašības. Galveno lomu EML lielumā spēlē elektrolīta blīvums, un temperatūra to praktiski neietekmē. EML atkarību no blīvuma var izteikt ar formulu:
Kur E ir akumulatora emf (V)
P - elektrolīta blīvums samazināts līdz 25 gr temperatūrai. C (g/cm3) Šī formula ir derīga elektrolīta darba blīvumam diapazonā no 1,05 līdz 1,30 g/cm3. EMF nevar tieši raksturot akumulatora retināšanas pakāpi. Bet, ja izmērāt to pie secinājumiem un salīdzināt to ar aprēķināto blīvumu, tad ar zināmu varbūtības pakāpi varat spriest par plākšņu stāvokli un ietilpību.
Miera stāvoklī elektrolīta blīvums elektrodu porās un monobloka dobumā ir vienāds un vienāds ar pārējo EMF. Pieslēdzot patērētājus vai lādiņa avotu, mainās plākšņu polarizācija un elektrolītu koncentrācija elektrodu porās. Tas noved pie izmaiņām EML. Uzlādes laikā EML vērtība palielinās, un, izlādējoties, tā samazinās. Tas ir saistīts ar elektrolīta blīvuma izmaiņām, kas ir iesaistītas elektroķīmiskos procesos.
Akumulators(elements) - sastāv no pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem (svina plāksnēm) un separatoriem, kas atdala šīs plāksnes, uzstādīti korpusā un iegremdēti elektrolītā (sērskābes šķīdumā). Enerģijas uzkrāšanās akumulatorā notiek ķīmiskās oksidācijas reakcijas laikā - elektrodu reducēšana.
Akumulatora baterija sastāv no 2 vai vairākām sērijveida vai (un) paralēlām sekcijām (baterijām, elementiem), kas savienotas viena ar otru, lai nodrošinātu nepieciešamo spriegumu un strāvu.Tas spēj uzkrāt, uzglabāt un sadalīt elektroenerģiju, nodrošināt dzinēja iedarbināšanu, kā arī darbināt elektroierīces, kad dzinējs nedarbojas.
Svina skābes akumulators- akumulators, kurā elektrodi ir izgatavoti galvenokārt no svina, un elektrolīts ir sērskābes šķīdums.
aktīvā masa- tā ir neatņemama elektrodu sastāvdaļa, kas tiek ķīmiski mainīta elektriskās strāvas pārejā uzlādes-izlādes laikā.
Elektrods Vadošs materiāls, kas, reaģējot ar elektrolītu, spēj radīt elektrisko strāvu.
Pozitīvs elektrods (anods) - elektrods (plāksne), kura aktīvā masa uzlādētā akumulatorā sastāv no svina dioksīda (PbO2).
Negatīvs elektrods (katods) - elektrods, kura aktīvo masu uzlādētā akumulatorā veido porains svins.
Elektrodu režģis kalpo aktīvās masas noturēšanai, kā arī strāvas padevei un noņemšanai tai.
Atdalītājs - materiāls, ko izmanto, lai izolētu elektrodus vienu no otra.
Polu termināļi kalpo lādēšanas strāvas padevei un atgriešanai zem kopējā akumulatora sprieguma.
Svins -(Pb) - D. I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas ceturtās grupas ķīmiskais elements, kārtas numurs 82, atomsvars 207,21, valence 2 un 4. Svins ir zilgani pelēks metāls, tā īpatnējais svars cietā formā ir 11,3 g /cm 3 kušanas laikā samazinās atkarībā no temperatūras. Viskaļīgākais starp metāliem, tas labi velmē līdz plānākajai loksnei un ir viegli kaļams. Svins ir viegli apstrādājams un ir viens no kausējamiem metāliem.
Svina (IV) oksīds(svina dioksīds) PbO 2 ir tumši brūns smags pulveris ar smalku raksturīgu ozona smaržu.
Antimons ir sudrabbalts metāls ar spēcīgu spīdumu, kristālisku struktūru. Atšķirībā no svina tas ir ciets metāls, taču ļoti trausls un viegli sadalās gabalos. Antimons ir daudz vieglāks par svinu, tā īpatnējais svars ir 6,7 g/cm 3 . Ūdens un vājās skābes neietekmē antimonu. Tas lēnām izšķīst stiprā sālsskābē un sērskābē.
Šūnu spraudņi aizsedziet bateriju vāciņa elementu atveres.
Centrālās ventilācijas spraudnis kalpo, lai bloķētu gāzes izvadi akumulatora vāciņā.
Monobloks- tas ir polipropilēna akumulatora korpuss, kas sadalīts ar starpsienām atsevišķās šūnās.
Destilēts ūdens pievieno akumulatoram, lai kompensētu tā zudumus ūdens sadalīšanās vai iztvaikošanas rezultātā. Akumulatoru papildināšanai drīkst izmantot tikai destilētu ūdeni!
Elektrolīts ir sērskābes šķīdums destilētā ūdenī, kas aizpilda brīvos šūnu tilpumus un iekļūst elektrodu un separatoru aktīvās masas porās.
Tas spēj vadīt elektrisko strāvu starp tajā iegremdētajiem elektrodiem. (Krievijas vidienei ar blīvumu 1,27-1,28 g/cm3 pie t=+20°C).
Lēni kustīgs elektrolīts: Lai samazinātu no akumulatora izlijušā elektrolīta radītās briesmas, tiek izmantoti līdzekļi, kas samazina tā plūstamību. Elektrolītam var pievienot vielas, kas to pārvērš gēlā. Vēl viens veids, kā samazināt elektrolītu mobilitāti, ir izmantot stikla paklājus kā separatorus.
atvērts akumulators- akumulators ar spraudni ar atveri, caur kuru tiek pievienots destilēts ūdens un izņemti gāzveida produkti. Caurumu var nodrošināt ar ventilācijas sistēmu.
slēgts akumulators- akumulators, kas normālos apstākļos ir aizvērts, bet kuram ir ierīce, kas ļauj atbrīvot gāzi, ja iekšējais spiediens pārsniedz iestatīto vērtību. Parasti elektrolīta papildu iepildīšana šādā akumulatorā nav iespējama.
Sausi uzlādēts akumulators- bez elektrolīta glabājams akumulators, kura plāksnes (elektrodi) ir sausā uzlādētā stāvoklī.
Cauruļveida (čaulas) plāksne- pozitīva plāksne (elektrods), kas sastāv no porainu cauruļu komplekta, kas piepildīts ar aktīvo masu.
Drošības ventilis- daļa no ventilācijas aizbāžņa, kas ļauj gāzei izplūst pārmērīga iekšējā spiediena gadījumā, bet neļauj gaisam iekļūt akumulatorā.
Ampērstunda (Ah)- tas ir elektriskās enerģijas mērs, kas vienāds ar strāvas stipruma ampēros un laika stundās (jaudas) reizinājumu.
Akumulatora spriegums- potenciālu atšķirība starp akumulatora spailēm izlādes laikā.
Akumulatora ietilpība- elektroenerģijas daudzums, ko izdala pilnībā uzlādēts akumulators, kad tas ir izlādējies, līdz tiek sasniegts galīgais spriegums.
Iekšējā pretestība- pretestība strāvai caur elementu, mēra omos. Tas sastāv no elektrolīta, separatoru un plākšņu pretestības. Galvenā sastāvdaļa ir elektrolīta pretestība, kas mainās atkarībā no temperatūras un sērskābes koncentrācijas.
Elektrolītu blīvums - e tad fiziskā ķermeņa raksturlielums, kas vienāds ar tā masas attiecību pret aizņemto tilpumu. To mēra, piemēram, kg/l vai g/cm3.
Akumulatora darbības laiks- akumulatora lietderīgās lietošanas laiks noteiktos apstākļos.
Atbrīvošanās no gāzēm- gāzu veidošanās elektrolītu elektrolīzes procesā.
pašizlāde- spontāns akumulatora jaudas zudums miera stāvoklī. Pašizlādes ātrums ir atkarīgs no plākšņu materiāla, ķīmiskajiem piemaisījumiem elektrolītā, tā blīvuma, akumulatora tīrības un darbības ilguma.
akumulatora emf(elektromotīves spēks) ir spriegums pilnībā uzlādēta akumulatora polu spailēs atvērtā ķēdē, tas ir, ja nav uzlādes vai izlādes strāvas.
Cikls- viena elementa uzlādes un izlādes secība.
Gāzu veidošanās uz svina akumulatora elektrodiem. Īpaši bagātīgi tas izdalās svina akumulatora uzlādes pēdējā fāzē.
Gēla baterijas- tie ir noslēgti svina-skābes akumulatori (nav noslēgti, jo, atverot vārstus, notiek neliela gāzu izdalīšanās), slēgti, pilnīgi bez apkopes (nav papildināti) ar želejveida skābes elektrolītu (Dryfit un Gelled Electrolite -Gēla tehnoloģijas).
AGM tehnoloģija(Absorbed Glass Mat) - absorbējoši stikla šķiedras spilventiņi.
Enerģijas atgriešanās- enerģijas daudzuma, kas izdalās, kad akumulators ir izlādējies, attiecība pret enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai noteiktos apstākļos uzlādētu to sākotnējā stāvoklī. Enerģijas atdeve skābes akumulatoriem normālos darbības apstākļos ir 65%, bet sārma akumulatoriem 55 - 60%.
Specifiskā enerģija- enerģija, ko akumulators izlādē izlādes laikā uz tā tilpuma vienību V vai masas m, t.i. W \u003d W / V vai W \u003d W / m. Skābes akumulatoru īpatnējā enerģija ir 7-25, niķeļa-kadmija 11-27, niķeļa-dzelzs 20-36, sudraba-cinka 120-130 W*h/kg.
Īssavienojums akumulatoros rodas, elektriski savienojot dažādas polaritātes plāksnes.
Ja aizverat uzlādēta akumulatora ārējo ķēdi, parādīsies elektriskā strāva. Šajā gadījumā notiek šādas reakcijas:
pie negatīvās plāksnes
pie pozitīvās plāksnes
Kur e - elektrona lādiņš ir
Uz katrām divām patērētajām skābes molekulām veidojas četras ūdens molekulas, bet tajā pašā laikā tiek patērētas divas ūdens molekulas. Tāpēc galu galā veidojas tikai divas ūdens molekulas. Saskaitot vienādojumus (27.1) un (27.2), iegūstam galīgo izlādes reakciju:
Vienādojumi (27.1) - (27.3) jālasa no kreisās puses uz labo.
Kad akumulators ir izlādējies, uz abu polaritātes plāksnēm veidojas svina sulfāts. Sērskābi patērē gan pozitīvās, gan negatīvās plāksnes, savukārt pozitīvās plāksnes patērē vairāk skābes nekā negatīvās. Pie pozitīvajām plāksnēm veidojas divas ūdens molekulas. Elektrolīta koncentrācija samazinās, kad akumulators ir izlādējies, savukārt pie pozitīvajām plāksnēm tā samazinās lielākā mērā.
Ja maināt strāvas virzienu caur akumulatoru, ķīmiskās reakcijas virziens tiks mainīts. Sāksies akumulatora uzlādes process. Uzlādes reakcijas uz negatīvajām un pozitīvajām plāksnēm var attēlot ar vienādojumu (27.1) un (27.2), un kopējo reakciju var attēlot ar vienādojumu (27.3). Šie vienādojumi tagad jālasa no labās uz kreiso pusi. Uzlādes laikā svina sulfāts pie pozitīvās plāksnes tiek reducēts par svina peroksīdu, pie negatīvās plāksnes - par metālisku svinu. Šajā gadījumā veidojas sērskābe un palielinās elektrolīta koncentrācija.
Akumulatora elektromotora spēks un spriegums ir atkarīgs no daudziem faktoriem, no kuriem svarīgākie ir skābes saturs elektrolītā, temperatūra, strāva un tās virziens, uzlādes pakāpe. Var uzrakstīt sakarību starp elektromotora spēku, spriegumu un strāvu
san šādi:
pie izrakstīšanas 
Kur E 0 - atgriezenisks EMF; E p - polarizācijas EML; R - akumulatora iekšējā pretestība.
Atgriezeniskais EMF ir ideāla akumulatora EML, kurā tiek novērsti visa veida zudumi. Šādā akumulatorā uzlādes laikā saņemtā enerģija tiek pilnībā atgriezta izlādēšanās laikā. Atgriezeniskais EML ir atkarīgs tikai no skābes satura elektrolītā un temperatūras. To var noteikt analītiski no reaģentu veidošanās siltuma.
Īsts akumulators atrodas apstākļos, kas ir tuvu ideālam, ja strāva ir niecīga un arī tās caurlaidības ilgums ir īss. Šādus apstākļus var radīt, balansējot akumulatora spriegumu ar kādu ārējo spriegumu (sprieguma standartu), izmantojot jutīgu potenciometru. Šādā veidā izmērīto spriegumu sauc par atvērtās ķēdes spriegumu. Tas ir tuvu atgriezeniskajam emf. Tabulā. 27.1 parāda šī sprieguma vērtības, kas atbilst elektrolīta blīvumam no 1100 līdz 1300 (attiecas uz temperatūru 15 ° C) un temperatūru no 5 līdz 30 ° C.
Kā redzams tabulā, pie elektrolīta blīvuma 1,200, kas ir parasts stacionāriem akumulatoriem, un 25 ° C temperatūrā, akumulatora spriegums ar atvērtu ķēdi ir 2,046 V. Izlādes laikā elektrolīta blīvums nedaudz samazinās. Attiecīgais sprieguma kritums atvērtā ķēdē ir tikai dažas voltu simtdaļas. Temperatūras izmaiņu izraisītās atvērtās ķēdes sprieguma izmaiņas ir niecīgas, un tās ir vairāk teorētiskas.
Ja noteikta strāva iet caur akumulatoru uzlādes vai izlādes virzienā, akumulatora spriegums mainās iekšējā sprieguma krituma un EML izmaiņu dēļ, ko izraisa blakus ķīmiskie un fizikālie procesi elektrodos un elektrolītā. Šo neatgriezenisko procesu izraisītās izmaiņas akumulatora EML sauc par polarizāciju. Galvenie polarizācijas cēloņi akumulatorā ir elektrolīta koncentrācijas izmaiņas plākšņu aktīvās masas porās attiecībā pret tā koncentrāciju pārējā tilpumā un no tā izrietošās svina jonu koncentrācijas izmaiņas. Izlādējoties, skābe tiek patērēta, uzlādējot veidojas. Reakcija notiek plākšņu aktīvās masas porās, un skābes molekulu un jonu pieplūde vai noņemšana notiek difūzijas ceļā. Pēdējais var notikt tikai tad, ja elektrolītu apgabalā un pārējā tilpumā ir noteikta atšķirība elektrolītu koncentrācijās, kas ir iestatīta atbilstoši strāvai un temperatūrai, kas nosaka elektrolīta viskozitāti. Elektrolīta koncentrācijas izmaiņas aktīvās masas porās izraisa svina jonu un EML koncentrācijas izmaiņas. Izlādes laikā, elektrolītu koncentrācijas samazināšanās dēļ porās, EML samazinās, un uzlādes laikā, palielinoties elektrolīta koncentrācijai, EML palielinās.
Polarizācijas elektromotora spēks vienmēr ir vērsts pret strāvu. Tas ir atkarīgs no plākšņu porainības, strāvas un
temperatūra. Atgriezeniskā EML un polarizācijas EML summa, t.i. E 0 ± E P , apzīmē akumulatora EML strāvas vai dinamiskā EML. Izlādējoties, tas ir mazāks par atgriezenisko emf, un, kad tas ir uzlādēts, tas ir lielāks. Akumulatora spriegums zem strāvas atšķiras no dinamiskā EMF tikai ar iekšējā sprieguma krituma vērtību, kas ir salīdzinoši mazs. Tāpēc barota akumulatora spriegums ir atkarīgs arī no strāvas un temperatūras. Pēdējā ietekme uz akumulatora spriegumu izlādes un uzlādes laikā ir daudz lielāka nekā ar atvērtu ķēdi.
Ja akumulatora ķēde tiek atvērta izlādes laikā, akumulatora spriegums lēnām palielināsies līdz atvērtās ķēdes spriegumam nepārtrauktas elektrolīta difūzijas dēļ. Ja uzlādes laikā atverat akumulatora ķēdi, akumulatora spriegums lēnām samazināsies līdz atvērtās ķēdes spriegumam.
Elektrolītu koncentrāciju nevienlīdzība elektrodu zonā un pārējā tilpumā atšķir reāla akumulatora darbību no ideālas. Uzlādējot akumulatoru, tas uzvedas tā, it kā tajā būtu ļoti atšķaidīts elektrolīts, un, kad tas ir uzlādēts, tas uzvedas tā, it kā tajā būtu ļoti koncentrēts elektrolīts. Atšķaidīts elektrolīts pastāvīgi tiek sajaukts ar koncentrētāku, savukārt siltuma veidā izdalās noteikts enerģijas daudzums, kuru, ja koncentrācijas ir vienādas, varētu izmantot. Tā rezultātā izlādes laikā akumulatora izdalītā enerģija ir mazāka nekā uzlādes laikā saņemtā enerģija. Enerģijas zudumi rodas ķīmiskā procesa nepilnības dēļ. Šis zuduma veids ir galvenais akumulatorā.
Akumulatora iekšējā pretestībaTora. Iekšējo pretestību veido plāksnes rāmja, aktīvās masas, separatoru un elektrolīta pretestības. Pēdējais veido lielāko daļu iekšējās pretestības. Akumulatora pretestība palielinās izlādes laikā un samazinās uzlādes laikā, kas ir šķīduma koncentrācijas un sulfāta satura izmaiņu sekas.
plīvurs aktīvajā masā. Akumulatora pretestība ir maza un pamanāma tikai pie lielas izlādes strāvas, kad iekšējais sprieguma kritums sasniedz vienu vai divas volta desmitdaļas.
Akumulatora pašizlāde. Pašizlāde ir nepārtraukts akumulatorā uzkrātās ķīmiskās enerģijas zudums blakusreakcijām uz abu polaritāšu plāksnēm, ko izraisa nejauši kaitīgi piemaisījumi izmantotajos materiālos vai piemaisījumi, kas darba laikā nonāk elektrolītā. Vislielākā praktiskā nozīme ir pašizlādei, ko elektrolītā izraisa dažādu metālu savienojumu klātbūtne, kas ir elektropozitīvāki par svinu, piemēram, varš, antimons utt. Metāli izdalās uz negatīvajām plāksnēm un veido daudzus īssavienojumu elementus ar svina plāksnēm. . Reakcijas rezultātā veidojas svina sulfāts un ūdeņradis, kas izdalās uz piesārņotā metāla. Pašizlādi var noteikt, nedaudz izlaižot gāzi pie negatīvajām plāksnēm.
Uz pozitīvajām plāksnēm pašizlāde notiek arī normālas reakcijas dēļ starp bāzes svinu, svina peroksīdu un elektrolītu, kā rezultātā veidojas svina sulfāts.
Akumulatora pašizlāde notiek vienmēr: gan ar atvērtu ķēdi, gan ar izlādi un uzlādi. Tas ir atkarīgs no elektrolīta temperatūras un blīvuma (27.2. att.), un, palielinoties elektrolīta temperatūrai un blīvumam, palielinās pašizlāde (lādiņa zudums 25 ° C temperatūrā un elektrolīta blīvums 1,28 tiek pieņemts kā 100%). Jauna akumulatora jaudas zudums pašizlādes dēļ ir aptuveni 0,3% dienā. Akumulatoram novecojot, palielinās pašizlāde.
Nenormāla plāksnes sulfācija. Svina sulfāts veidojas uz abu polaritātes plāksnēm ar katru izlādi, kā redzams no izlādes reakcijas vienādojuma. Šim sulfātam ir
smalka kristāliskā struktūra un uzlādes strāva tiek viegli atjaunota svina metālā un svina peroksīdā uz atbilstošas polaritātes plāksnēm. Tāpēc sulfācija šajā ziņā ir normāla parādība, kas ir akumulatora darbības neatņemama sastāvdaļa. Nenormāla sulfācija rodas, ja akumulatori ir pārāk izlādēti, sistemātiski nepietiekami uzlādēti vai atstāti izlādētā stāvoklī un ilgu laiku ir neaktīvi, vai ja tie tiek darbināti ar pārāk augstu elektrolīta blīvumu un augstā temperatūrā. Šādos apstākļos smalkais kristāliskais sulfāts kļūst blīvāks, kristāli aug, ievērojami paplašinot aktīvo masu, un lielās pretestības dēļ tos ir grūti atgūt, kad tie tiek uzlādēti. Ja akumulators ir neaktīvs, temperatūras svārstības veicina sulfāta veidošanos. Temperatūrai paaugstinoties, mazie sulfāta kristāli izšķīst, un, temperatūrai pazeminoties, sulfāts lēnām izkristalizējas un kristāli aug. Temperatūras svārstību rezultātā uz mazo rēķina veidojas lieli kristāli.
Sulfētās plāksnēs poras ir aizsērējušas ar sulfātu, aktīvais materiāls tiek izspiests no režģiem, un plāksnes bieži deformējas. Sulfēto plākšņu virsma kļūst cieta, raupja un berzējot
Plākšņu materiāls starp pirkstiem jūtams kā smiltis. Tumši brūnās pozitīvās plāksnes kļūst gaišākas, un uz virsmas parādās balti sulfāta plankumi. Negatīvās plāksnes kļūst cietas, dzeltenīgi pelēkas. Sulfātētā akumulatora jauda ir samazināta.
Sākotnējo sulfāciju var novērst, ilgstoši uzlādējot ar vieglu strāvu. Ja ir spēcīga sulfācija, ir nepieciešami īpaši pasākumi, lai plāksnes atgrieztos normālā stāvoklī.
