SEM akumulatora samochodowego a gęstość elektrolitu. Charakterystyka elektryczna akumulatorów. Siła elektromotoryczna akumulatora

Akumulatory są wypełnione kwasem siarkowym i podczas normalnego cyklu ładowania-rozładowania wydzielają gazy wybuchowe (wodór i tlen). Aby uniknąć obrażeń ciała lub uszkodzenia pojazdu, zawsze postępuj zgodnie z poniższymi wytycznymi dotyczącymi bezpieczeństwa:

Przed rozpoczęciem prac przy jakichkolwiek elementach elektrycznych pojazdu odłącz przewód zasilający od ujemnego zacisku akumulatora. Po odłączeniu ujemnego przewodu zasilającego wszystkie obwody elektryczne w pojeździe będą otwarte, aby zapewnić, że żaden element elektryczny nie zostanie przypadkowo zwarty do masy. Iskra elektryczna stwarza potencjalne obrażenia i zagrożenie pożarowe.
Wszelkie prace związane z baterią należy wykonywać w okularach ochronnych.
Nosić odzież ochronną, aby chronić skórę przed kontaktem z kwasem siarkowym zawartym w akumulatorze.
Nie naruszaj wytycznych bezpieczeństwa określonych w procedurach konserwacji podczas obsługi sprzętu używanego do konserwacji i testowania. akumulatory.
Surowo zabrania się palenia i używania otwartego ognia w bezpośrednim sąsiedztwie akumulatora.

Konserwacja baterii

Rutynowa konserwacja akumulatora polega na sprawdzeniu czystości obudowy akumulatora i w razie potrzeby dolaniu do niej czystej wody. Wszyscy producenci akumulatorów zalecają używanie w tym celu wody destylowanej, ale jeśli nie jest dostępna, można użyć czystej wody pitnej o niskiej zawartości soli. Ponieważ woda jest jedynym zużywalnym składnikiem akumulatora, nie należy dodawać do akumulatora kwasu. Część wody z elektrolitu ucieka podczas ładowania i rozładowywania akumulatora, ale kwas zawarty w elektrolicie pozostaje w akumulatorze. Nie należy przepełniać akumulatora elektrolitem, ponieważ w takim przypadku normalne bulgotanie (gazowanie) występujące w elektrolicie podczas pracy akumulatora doprowadzi do wycieku elektrolitu, powodując korozję zacisków akumulatora, jego uchwytów montażowych oraz miski. Baterie należy napełnić elektrolitem około 3,8 cm poniżej górnej części szyjki wlewu.

Styki kabli zasilających podłączonych do akumulatora i zaciski samego akumulatora muszą być sprawdzone i wyczyszczone, aby uniknąć spadku napięcia na nich. Jednym z najczęstszych powodów, dla których silnik nie uruchamia się, są poluzowane lub skorodowane styki kabla zasilającego podłączone do zacisków akumulatora.

Ryż. Mocno skorodowany zacisk akumulatora

Ryż. Stwierdzono, że kabel zasilający podłączony do akumulatora jest silnie skorodowany pod izolacją. Chociaż korozja przeżarła izolację, pozostała niezauważona, dopóki kabel nie został dokładnie sprawdzony. Ten kabel należy wymienić

Ryż. Dokładnie sprawdź wszystkie zaciski akumulatora pod kątem oznak korozji. W tym aucie dwa kable zasilające są połączone długą śrubą z dodatnim biegunem akumulatora. Jest to częsta przyczyna korozji, która powoduje awarię rozruchu silnika elektrycznego.

Pomiar EMF baterii

Siła elektromotoryczna(EMF) to różnica potencjałów między dodatnią i ujemną elektrodą akumulatora, gdy obwód zewnętrzny jest otwarty.

Wartość EMF zależy głównie od potencjałów elektrod, tj. od właściwości fizycznych i chemicznych substancji, z których wykonane są płytki i elektrolit, ale nie zależy od wielkości płytek akumulatora. Pole elektromagnetyczne akumulatora kwasowego zależy również od gęstości elektrolitu.

Pomiar siły elektromotorycznej(EMF) akumulatora za pomocą woltomierza to prosty sposób na określenie stanu jego naładowania. SEM baterii nie jest wskaźnikiem gwarantującym wydajność baterii, ale ten parametr pełniej charakteryzuje stan baterii niż tylko jej kontrola. Akumulator, który wygląda dobrze, może nie być tak dobry, jak się wydaje.

Test ten nazywa się pomiarem napięcia w obwodzie otwartym (test EMF) akumulatora, ponieważ pomiar jest wykonywany na zaciskach akumulatora bez podłączonego do niego obciążenia, przy zerowym poborze prądu.

Jeżeli kontrola jest wykonywana bezpośrednio po zakończeniu ładowania akumulatora lub w aucie po zakończeniu podróży, przed pomiarem konieczne jest wyzwolenie akumulatora z polaryzacji SEM. Polaryzacja EMF to zwiększone w porównaniu z normalnym napięciem, które występuje tylko na powierzchni płytek akumulatora. Polaryzacja EMF szybko znika, gdy akumulator pracuje pod obciążeniem, więc nie daje dokładnego oszacowania stanu naładowania akumulatora.
Aby uwolnić baterię z polaryzacji EMF, włącz reflektory w trybie świateł drogowych na jedną minutę, a następnie wyłącz je i odczekaj kilka minut.
Przy wyłączonym silniku i wszystkich innych urządzeniach elektrycznych, przy zamkniętych drzwiach (tak, aby światła wewnętrzne były wyłączone), podłącz woltomierz do zacisków akumulatora. Podłącz czerwony, dodatni przewód woltomierza do dodatniego zacisku akumulatora, a czarny, ujemny przewód do jego ujemnego zacisku.
Zapisz odczyt woltomierza i porównaj go z tabelą stanu naładowania akumulatora. Poniższa tabela jest odpowiednia do oceny stanu naładowania akumulatora wartością EMF w temperaturze pokojowej - od 70°F do 80°F (od 21°C do 27°C).

Tabela

EMF akumulatora (V)	Stan naładowania
12,6 V i więcej	100% naładowany
12,4	75% naładowane
12,2	50% naładowane
12	Naładowany 25%
11.9 i poniżej	Rozładowany

Ryż. Woltomierz pokazuje napięcie akumulatora minutę po włączeniu reflektorów (a). Po wyłączeniu reflektorów napięcie mierzone na akumulatorze szybko wróciło do 12,6 V (b)

NOTATKA

Jeśli woltomierz daje wynik ujemny, oznacza to, że albo akumulator jest ładowany z odwrotną polaryzacją (a następnie musi zostać wymieniony), albo woltomierz jest podłączony do akumulatora z odwrotną polaryzacją.

Pomiar napięcia akumulatora pod obciążeniem

Jednym z najdokładniejszych sposobów określenia kondycji akumulatora jest pomiar napięcia akumulatora pod obciążeniem. Większość testerów rozruchu i ładowania akumulatorów samochodowych wykorzystuje reostat węglowy jako obciążenie akumulatora. Parametry obciążenia określa nominalna pojemność badanego akumulatora. Pojemność znamionowa akumulatora charakteryzuje się prądem rozruchowym, jaki akumulator może zapewnić w temperaturze 0°F (-18°C) przez 30 sekund. Wcześniej wykorzystywano charakterystykę pojemności nominalnej akumulatorów w amperogodzinach. Pomiar napięcia akumulatora pod obciążeniem przeprowadza się przy prądzie rozładowania równym połowie prądu znamionowego CCA akumulatora lub trzykrotnej pojemności znamionowej akumulatora w amperogodzinach, ale nie mniejszym niż 250 amperów. Pomiar napięcia akumulatora pod obciążeniem przeprowadza się po sprawdzeniu stopnia jego naładowania za pomocą wbudowanego areometru lub poprzez pomiar pola elektromagnetycznego akumulatora. Akumulator musi być naładowany w co najmniej 75%. Do akumulatora podłączone jest odpowiednie obciążenie i po 15 sekundach pracy akumulatora pod obciążeniem odczyty woltomierza są rejestrowane przy podłączonym obciążeniu. Jeśli bateria jest dobra, odczyt woltomierza powinien pozostać powyżej 9,6 V. Wielu producentów baterii zaleca dwukrotne wykonanie pomiaru:

pierwsze 15 sekund pracy akumulatora pod obciążeniem służy do zwolnienia polaryzacji EMF
drugie 15 sekund - aby uzyskać bardziej wiarygodną ocenę stanu akumulatora

Pomiędzy pierwszym a drugim cyklem ładowania należy odczekać 30 sekund, aby zapewnić czas regeneracji akumulatora.

Ryż. Tester charakterystyki rozruchu i ładowania akumulatorów samochodowych, wydany przez Bear Automotive, automatycznie włącza testowany akumulator do pracy pod obciążeniem na 15 sekund, aby usunąć polaryzację EMF, następnie odłącza obciążenie na 30 sekund, aby przywrócić akumulator i ponownie podłącza obciążenie dla 15 sekund. Tester wyświetla informacje o stanie baterii

Ryż. Tester Sun Electric VAT 40 (woltomierz, model 40) podłączony do akumulatora w celu testowania obciążenia. Operator za pomocą regulatora prądu obciążenia ustawia wartość prądu rozładowania zgodnie ze wskazaniem amperomierza, równą połowie nominalnego prądu akumulatora CCA. Akumulator pracuje pod obciążeniem przez 15 sekund i pod koniec tego czasu napięcie akumulatora mierzone przy podłączonym obciążeniu musi wynosić co najmniej 9,6 V

NOTATKA

Niektóre testery mierzą pojemność baterii w celu określenia stanu naładowania i kondycji baterii. Postępuj zgodnie z procedurą testową określoną przez producenta sprzętu testowego.

Jeśli akumulator nie przejdzie testu obciążenia, naładuj i ponownie przetestuj. Jeśli drugi test zakończy się niepowodzeniem, należy wymienić baterię.

Ładowanie baterii

Jeśli akumulator jest poważnie rozładowany, należy go ponownie naładować. Ładowanie akumulatora, aby uniknąć uszkodzenia w wyniku przegrzania, najlepiej wykonywać w standardowym trybie ładowania. Objaśnienie standardowego trybu ładowania baterii znajduje się na rysunku.

Ryż. Ta ładowarka akumulatorów jest przystosowana do ładowania akumulatora nominalnym prądem ładowania 10 A. wypaczenie płytek akumulatorowych

Należy pamiętać, że ładowanie całkowicie rozładowanego akumulatora może zająć co najmniej osiem godzin. Początkowo konieczne jest utrzymanie prądu ładowania na poziomie około 35 A przez 30 minut w celu ułatwienia rozpoczęcia procesu ładowania akumulatora. W trybie przyspieszonego ładowania akumulator nagrzewa się i zwiększa ryzyko wypaczenia płytek akumulatora. W trybie ładowania doładowania występuje również zwiększone gazowanie (wydzielanie wodoru i tlenu), co stanowi zagrożenie dla zdrowia i zagrożenie pożarowe. Temperatura baterii nie może przekraczać 125°F (52°C, bateria jest gorąca w dotyku). Z reguły zaleca się ładowanie akumulatorów prądem ładowania równym 1% wartości znamionowej prądu CCA.

Tryb ładowania doładowania — maks. 15 A
Standardowy tryb ładowania - maksymalnie 5A

To może się przydarzyć każdemu!

Właściciel samochód Toyota odłączony akumulator. Po podłączeniu nowego akumulatora właściciel zauważył, że zapaliła się żółta lampka ostrzegawcza poduszki powietrznej na desce rozdzielczej i radio zostało zablokowane. Właściciel kupił używany samochód od dealera i nie znał tajnego czterocyfrowego kodu wymaganego do odblokowania radia. Zmuszony do szukania rozwiązania tego problemu, losowo wypróbował trzy różne czterocyfrowe liczby w nadziei, że jedna z nich zadziała. Jednak po trzech nieudanych próbach radio całkowicie się wyłączyło.

Sfrustrowany właściciel skontaktował się ze sprzedawcą. Naprawienie problemu kosztowało ponad trzysta dolarów. Aby zresetować alarm poduszki powietrznej, wymagane było specjalne urządzenie. Radio musiało zostać wyjęte z auta i wysłane do innego stanu, do autoryzowanego serwisu, a po zwrocie zostało ponownie zainstalowane w aucie.

Dlatego przed odłączeniem akumulatora skoordynuj to z właścicielem samochodu - musisz upewnić się, że właściciel zna tajny kod do włączania zakodowanego radia, który jest jednocześnie używany w systemie bezpieczeństwa samochodu. Może być konieczne użycie urządzenia do podtrzymania pamięci radia z odłączonym akumulatorem.

Ryż. Oto dobry pomysł. Technik wykonał zapasowe źródło zasilania pamięci ze starej latarki akumulatorowej oraz kabel z przejściówką do gniazda zapalniczki. Po prostu podłączył przewody do zacisków akumulatora latarki, którą miał. Bateria latarki jest wygodniejsza w obsłudze niż zwykła 9-woltowa bateria - na wypadek, gdyby ktoś wpadł na pomysł otwarcia drzwi auta, gdy w obwodzie znajduje się zapasowe zasilanie pamięci. 9-woltowy akumulator, który ma niewielką pojemność, w tym przypadku szybko by się rozładował, natomiast pojemność akumulatora latarki jest na tyle duża, aby zapewnić niezbędne zasilanie pamięci nawet przy włączonym oświetleniu wnętrza.

Wyrażam szczerą wdzięczność Kuvaldzie (Kuvalda.spb.ru Ushkalov Evgeny Yurievich)
za wspieranie i zachęcanie mnie: wstrząsnąć dawnymi czasami, aby pamiętać,
że nadal jestem fizykiem i chemikiem i zajmuję się starym:

Przede wszystkim uważam za swój obowiązek zauważyć, że (pomimo moich wysiłków) poniższe rozważania opierają się na naukach podstawowych i dlatego wymagają pewnego wysiłku, aby je zrozumieć. Tym, którzy nie chcą podejmować tych wysiłków, a także tym, którzy mylą napięcie i pojemność, nie zaleca się czytania - zadbaj o siebie!

Dla jasności prezentacji i nie chcąc przeładowywać tekstu zbyt złożonymi pojęciami termodynamiki i kinetyki chemicznej, które daleko wykraczają poza ogólne kierunki fizyki i chemii uczelni technicznych, pozwolę sobie na pewne uproszczenia (we wszystkich przypadkach poprawne), co (w żadnym wypadku) nie zaprzeczy prawdzie – z góry przepraszam perfekcjonistów. Każdy może samodzielnie wykonać dokładne obliczenia – cała niezbędna literatura jest dostępna w dowolnej bibliotece naukowo-technicznej

Dezorientacja

Moje dyskusje na łamach konferencji UAZ wyraźnie pokazały, że nie wszyscy uczestnicy motoryzacji kraju jasno rozumieją, czym jest akumulator. Aby być dobrze zrozumianym, postaram się zdefiniować pojęcia, którymi będę się zajmować.

Bateria (akumulator)

Zestaw ogniw (puszki) połączonych szeregowo w ilości sześciu. W tekście słowa „bateria” i akumulator są używane jako synonimy.
Ogniwo, zwane również „bankiem”, to elementarny element baterii składający się z co najmniej (w rzeczywistości ponad 10) jednej pary płytek aktywnych Pb - PbO2 wypełnionych elektrolitem.

Napięcie

Co mierzy się na zaciskach akumulatora, podłączając tester lub miernik napięcia, który znajduje się na desce rozdzielczej. Wyłącznie charakterystyka zewnętrzna... Zależy od wielu czynników, zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych baterii.

Ogólnie rzecz biorąc, napięcie jest jedyną normalnie mierzoną wartością związaną z akumulatorem. Nic innego nie da się zmierzyć normalnie. Ani pojemność. Brak prawdziwego prądu. Ani opór wewnętrzny, ani EMF

EMF

Zwłaszcza wewnętrzny Charakterystyka komórka Bateria, niestety najbardziej dramatyczny sposób wpływania zewnętrzne manifestacje Bateria.

Wartość EMF jest określona przez stan równowagi reakcji głównych odczynników. W naszym przypadku jest to Pb + PbO2 + 2H2SO4 (-) + 2H (+) = 2PbSO4 + 2H2O.

Formalnie jego ustalenie jest dość trudne – wymaga to zastosowania skomplikowanych obliczeń termodynamicznych stanu termodynamicznego układu, ale w Inżynieria w praktyce stosowana jest formuła inżynierska, która zapewnia: precyzja inżynierii dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych w zakresie gęstości elektrolitu 1,1-1,3 kg / l E = 0,85 + P gdzie Р jest gęstością elektrolitu.

Wykorzystanie go do określenia pola elektromagnetycznego przy standardowej wartości gęstości elektrolitu akumulator 1,27 otrzymujemy wartość 2,12V na ogniwo lub 12,7V na akumulator.
Dla perfekcjonistów. Nie ma sensu szukać tutaj wymiaru - jak w większości wzorów do uproszczonych obliczeń inżynierskich.

W sensie praktycznym ta formuła nadal nam się przyda.
Z interesującą nas dokładnością żadne inne czynniki nie wpływają na wartość pola elektromagnetycznego. Zależność pola elektromagnetycznego od temperatury szacuje się w tysięcznych wolta na stopień, co oczywiście można pominąć.
Wszystkie dodatki stopowe i inne srebro naprawdę poprawiają właściwości użytkowe (zwiększają stabilność, wydłużają żywotność, zmniejszają opór wewnętrzny), ale nie wpływają na EMF.

Niestety w nowoczesnym akumulatorze można to zmierzyć tylko pośrednio i przy pewnych założeniach. Na przykład przy założeniu, że prądy upływowe są zerowe (tzn. akumulator jest czysty i suchy na zewnątrz, nie ma pęknięć i przecieków wewnątrz między rzędami, że nie ma soli metali w elektrolicie, a rezystancja urządzenie pomiarowe jest nieskończone).

Do pomiarów z interesującą nas dokładnością wystarczy po prostu odłączyć akumulator od wszystkich odbiorników (usunąć terminal) i skorzystać z multimetru cyfrowego (tu trzeba mieć na uwadze, że klasa dokładności większości tych urządzeń nie pozwalają na określenie prawdziwej wartości, dzięki czemu nadają się tylko do pomiarów względnych).

Wewnętrzny opór

Ilość, która odgrywa kluczową rolę w naszym postrzeganiu rzeczywistości baterii.
To dzięki niemu, a raczej jego wzrostowi, pojawiają się wszystkie kłopoty związane z baterią.

W uproszczeniu można to przedstawić jako rezystor połączony szeregowo z baterią o pewnej rezystancji:

Wartość, której nie można nie dotknąć ani zmierzyć. To zależy od cechy konstrukcyjne Akumulator, pojemność, stopień jego rozładowania, obecność zasiarczenia płytek, pęknięcia wewnętrzne, stężenie elektrolitu i jego ilość oraz oczywiście temperatura. Niestety rezystancja wewnętrzna zależy nie tylko od parametrów „mechanicznych”, ale także od prądu przy jakim pracuje akumulator.

Im większa bateria, tym niższy opór wewnętrzny. Nowa bateria 70-100 Ah ma rezystancję wewnętrzną około 3-7 mΩ (w normalnych warunkach).

Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się szybkość wymiany reakcji chemicznych, a odpowiednio wzrasta opór wewnętrzny.

Nowa bateria ma najniższą rezystancję wewnętrzną. Zasadniczo zależy to od konstrukcji elementów przewodzących prąd i ich rezystancji. Ale podczas pracy zaczynają się kumulować nieodwracalne zmiany - zmniejsza się powierzchnia czynna płytek, pojawia się zasiarczenie i zmieniają się właściwości elektrolitu. A opór zaczyna rosnąć.

Prąd upływu

Obecny w każdym typie baterii. Zdarza się wewnętrzny oraz zewnętrzny.

Wnętrze prąd upływu jest niewielki i dla nowoczesnego akumulatora 100Ah wynosi około 1 mA (w przybliżeniu odpowiada utracie 1% pojemności na miesiąc) O jego wartości decyduje czystość elektrolitu, a zwłaszcza stopień jego zanieczyszczenia metalem sole.

Należy zauważyć, że zewnętrzne prądy upływowe przez sieć pokładową pojazdu są znacznie wyższe niż w przypadku wewnętrznego akumulatora sprawnego.

Procesy

Ci, którzy nie chcą „wchodzić”, mogą pominąć tę sekcję i przejść od razu do sekcji

Rozładowanie baterii

Gdy akumulator jest rozładowany, w wyniku osadzania się SO4 na płytach generowany jest prąd, w wyniku czego stężenie elektrolitu spada, a opór wewnętrzny stopniowo wzrasta.

Charakterystyka rozładowania akumulatora.
Górna krzywa odpowiada dziesięciogodzinnemu prądowi rozładowania
Niższy - godzina trzecia

Przy pełnym rozładowaniu prawie cała masa czynna jest przekształcana w siarczan ołowiu. Dlatego długie przebywanie w stanie rozładowania jest szkodliwe dla akumulatora. Aby uniknąć zasiarczenia, jak najszybciej naładuj akumulator.

W tym przypadku im więcej elektrolitu w akumulatorze (w stosunku do masy ołowiu), tym mniej spada pole elektromagnetyczne ogniwa. Dla akumulatora rozładowanego o 50% spadek pola elektromagnetycznego wynosi około 1%. Ponadto „zapas” elektrolitu jest inny dla różnych producentów, dlatego spadek pola elektromagnetycznego, a także gęstość elektrolitu, będą różne.

Ze względu na niewielki spadek pola elektromagnetycznego prawie niemożliwe jest określenie stopnia rozładowania akumulatora, po prostu mierząc napięcie na nim (w tym celu istnieją wtyczki obciążenia, które ustawiają znaczny prąd). Zwłaszcza przy użyciu standardowego woltomierza (urządzenie nie jest woltomierzem w ścisłym tego słowa znaczeniu, ale raczej wskaźnikiem napięcia) samochodu.

Maksymalny prąd, jaki może dostarczyć akumulator, zależy głównie od powierzchni czynnej płytek, a jego pojemność od masy czynnej ołowiu. W takim przypadku grubsze płyty mogą być jeszcze mniej skuteczne, ponieważ „wewnętrzne warstwy ołowiu są trudne do uaktywnienia”. Ponadto wymagany jest dodatkowy elektrolit.
Im bardziej porowaty producent wymyślił płytkę, tym większy prąd może zapewnić.

Dlatego wszystkie akumulatory zbudowane w podobnej technologii zapewniają w przybliżeniu takie same prądy rozruchowe, ale cięższe mogą zapewnić większą pojemność przy porównywalnych wymiarach.

Ładowanie baterii

Proces ładowania akumulatora polega na elektrochemicznym rozkładzie PbSO4 na elektrodach pod wpływem prądu stałego z zewnętrznego źródła.
Proces ładowania całkowicie rozładowanego akumulatora jest podobny do procesu rozładowywania niejako „do góry nogami”.

Początkowo prąd ładowania jest ograniczony jedynie zdolnością źródła do generowania wymaganego prądu oraz rezystancją elementów przewodzących prąd. Teoretycznie ogranicza ją jedynie kinematyka procesu rozpuszczania (szybkość usuwania produktów reakcji z rdzenia). Następnie, gdy cząsteczki kwasu siarkowego „rozpuszczają się”, prąd maleje.

Gdyby można było zaniedbać procesy uboczne, gdy akumulator jest w pełni naładowany, prąd stałby się zerowy. Akumulator przestaje „przyjmować” ładowanie. Niestety w prawdziwym akumulatorze zawsze występuje prąd upływu i woda. Akumulator jest doładowywany strumieniowo, aby skompensować prąd upływu.

Standardowo zaleca się ładowanie akumulatora ołowiowego za pomocą źródła napięcia.
Zalecane napięcie ładowania na ogniwo (według VARTA) wynosi około 2,23 V lub 13,4 V dla całej baterii. Wyższe napięcie ładowania prowadzi do szybszej akumulacji ładunku, ale jednocześnie zwiększa ilość rozłożonej wody.

Legenda:
Przeładowany akumulator pogarsza się i traci pojemność.
Rzeczywiście, akumulatory Ni-Cd pogarszają się (tracą pojemność) podczas długotrwałego przeładowania, co nie ma miejsca w przypadku akumulatorów ołowiowych. Ołów ładowany wysokim napięciem traci tylko wodę (to woda wyparowuje) - w szerokim zakresie proces jest całkowicie odwracalny przez dodanie wody. Przy dłuższym ładowaniu „właściwym” napięciem (2,23 V) nie dochodzi do utraty wody.

Na szczęście dla nas akumulator kwasowo-ołowiowy nie zużywa się w trybie ładowania podtrzymującego. Wręcz przeciwnie, ten reżim jest zdecydowanie zalecany i zalecany. Dlatego w samochodzie (i we wszystkich innych przypadkach zastosowań przemysłowych) akumulatory kwasowo-ołowiowe są w trybie ładowania podtrzymującego przy napięciach w zakresie 2,23 - 2,4 V na ogniwo.

Rysunek pokazuje, że gdy nadmierne napięcie na akumulatorze podwaja się, prąd ładowania wzrasta dziesięciokrotnie, co prowadzi do nieuzasadnionego zużycia wody i przedwczesnej awarii akumulatora.

W przypadku nowoczesnego akumulatora optymalny prąd ładowania wynosi około 15 mA (co dokładnie odpowiada napięciu ładowania 2,23 V na ogniwo). Przy takim prądzie woda rozkładająca się podczas elektrolizy „ma czas” na rekombinację w roztworze i nie jest tracona – czyli proces może trwać w nieskończoność (w sensie inżynierskim).

Ćwiczyć

Napięcie baterii

Wielu myli Napięcie na baterii z EMF baterii. Jak już wspomniano, wielkości te są ze sobą powiązane, ale nie identyczne. Opór wewnętrzny odgrywa tu kolosalną rolę.

Na przykład przy rozładowaniu prądami rozruchowymi oznaczonymi około 400 A rezystancja wewnętrzna 4 mOhm zgodnie z prawem Ohma zamienia się w spadek napięcia o 1,6 V, rezystancja polaryzacyjna dodaje około 0,5 V więcej - i to przy sam początek absolutorium. Podane dane dotyczą nowych akumulatorów o pojemności około 100 Ah. W przypadku starszych, przestarzałych baterii lub baterii o mniejszej pojemności strata będzie większa. Na akumulator 50 Ah tego samego typu straciłem około dwa razy więcej.

Podczas ładowania z generatora (który udaje źródło napięcia, w rzeczywistości jest źródłem prądu, zduszonym przez regulator), napięcie musi odpowiadać warunkom szybkiego ładowania i jest określane przez przekaźnik przez regulator.

Ponieważ średni przebieg pojazdu nie jest wystarczający do pełnego naładowania akumulatora, różnica napięcia jest stosowana nieco powyżej optymalnej wartości podtrzymującej 2,23 V na ogniwo lub 13,38 na akumulator, ale nieco mniej niż napięcie szybkiego ładowania 2,4 V (14,4 V na komórkę). Za optymalną wartość uważa się 13,8-14,2V. Jednocześnie straty wody pozostają akceptowalne, a akumulator otrzymuje wystarczająco pełne ładowanie przy średnim przebiegu.

Starzenie się (rozładowanie) akumulatora powoduje, że napięcie, które jest w stanie zapewnić pod obciążeniem, spada z powodu dużych strat na rezystancji wewnętrznej, podczas gdy bez obciążenia jego wartość pozostaje prawie identyczna z nową (w pełni naładowaną). Dlatego praktycznie niemożliwe jest określenie stanu akumulatora za pomocą woltomierza.

Różne typy akumulatorów mogą mieć różną gęstość elektrolitu. W takim przypadku pole elektromagnetyczne (i odpowiednio napięcie otwartej baterii) może się nieznacznie różnić dla różnych akumulatorów. W takim przypadku rozładowany akumulator o większej gęstości elektrolitu może dostarczyć wyższą wartość napięcia niż w pełni naładowany akumulator o niższej gęstości elektrolitu.

Legenda:
Napięcie baterii zależy od temperatury.
Napięcie odłączanego akumulatora jest praktycznie niezależne od temperatury. Zależy od oporu wewnętrznego i ilości zmagazynowanej energii. Rozrusznik słabo obraca się z powodu dużego spadku napięcia na rezystancji wewnętrznej, a ograniczenie czasu pracy rozrusznika wiąże się ze zmniejszoną pojemnością akumulatora z powodu zmniejszonej aktywności reakcji chemicznych.

Połączenie baterii

To właśnie ten temat zmusił mnie do podjęcia tej wielkiej pracy. Przedstawione tu wnioski oparte są na przedstawionych powyżej argumentach. Praktyczne wnioski nie wymagają argumentacji.

Legenda 1
Akumulatorów samochodowych nie można łączyć równolegle, ponieważ akumulator o wyższym napięciu będzie stale doładowywał akumulator o niższym napięciu. W związku z tym jeden będzie stale ładowany, a drugi rozładowywany.

W tej legendzie jest kilka błędów merytorycznych i koncepcyjnych.

Ogniwo akumulatora składa się z kilku par (lub kilkudziesięciu par) płytek ułożonych równolegle w środku, aby zwiększyć efektywną powierzchnię ogniwa. Tak więc równoległość jest sercem technologii akumulatorów.

Napięcie na akumulatorze przy braku obciążenia jest warunkowo równe jego EMF.
Jak wiadomo, wartość EMF praktycznie nie zależy od żadnych parametrów zewnętrznych i wewnętrznych, z wyjątkiem gęstości elektrolitu. Wartość ta nie zależy ani od pojemności akumulatora, ani od porowatości elektrody, ani od dodatków stopowych, ani od materiału części pod napięciem. Zależy to również słabo od stopnia rozładowania akumulatora. Dlatego napięcie dwóch akumulatorów kwasowo-ołowiowych spełniających normy zawsze będzie blisko... Różnicę technologiczną wynikającą z niedokładności gęstości elektrolitu (1,27-1,29 według GOST, tolerancje VARTA są o rząd wielkości mniej) można łatwo określić (patrz wyżej) i wynosi 0,02 V, czyli 20 mV.

Jeżeli przyjmiemy, że w momencie zatrzymania ładowania (wyłączenia silnika) oba akumulatory są w pełni naładowane, to maksymalna możliwa różnica potencjałów na ich zaciskach wyniesie 20 mV, niezależnie od ich stanu, producenta itp.

Nawet jeśli przyjmiemy, że stosowane są akumulatory różnych klas (na przykład samochodowe i przemysłowe o gęstości elektrolitu 1,25), to w tym przypadku różnica potencjałów wynosi tylko około 40 mV. W przypadku w pełni naładowanej baterii doprowadzi to do prądu elektrolizy 3-5 mA, co w przybliżeniu odpowiada prądowi upływu niezbyt dobrej baterii.

Rozładowanie takich prądów jest nieistotne dla akumulatora, a ładowanie nie następuje.

Rozważmy teraz sytuację, w której dwie baterie o znacznie różnych pojemnościach są połączone równolegle.

Na początku ładowania, gdy prąd jest ograniczony możliwościami generatora, naturalne jest założenie, że zostanie on podzielony pomiędzy akumulatory proporcjonalnie do aktywnej powierzchni płytek. Oznacza to, że stan naładowania akumulatorów przy niepełnym naładowaniu będzie w przybliżeniu taki sam (krótki czas). System będzie się zachowywał jak duża bateria, która nie miała czasu na ładowanie.

Legenda 2
W samochodach importowanych stosuje się specjalne przekaźniki do podłączenia akumulatorów wyposażenia pomocniczego (pomocniczego), aby nie łączyć ich równolegle (legenda 1)

Kompletna bzdura w świetle powyższego. Ten przekaźnik służy o wiele bardziej przyziemnemu celowi. Gdy instalacja elektryczna samochodu jest mocno obciążona dodatkowym wyposażeniem (takim jak telewizor, muzyka dużej mocy, lodówka itp.) istnieje duże prawdopodobieństwo „wyczerpania się” akumulatora. Aby wyjść po zabawie na łonie natury przy muzyce, akumulator rozruchowy jest odłączony, dzięki czemu unika się jego głębokiego rozładowania.
Jest taka stara anegdota o naszych gliniarzach, którzy w pełni „strzelają” do radaru, który zatroskany jest o „zapalić”:

Więc ten efekt jest znacznie bardziej znaczący niż „doładowanie”.

Praktyczne wnioski

Możliwe jest równoległe podłączenie akumulatorów, ale z uwzględnieniem poniższych zaleceń.

Nie należy używać baterii różnych klas (na przykład samochodowych i przemysłowych), a także różnych wersji (na przykład tropikalnych i arktycznych), ponieważ wykorzystują one elektrolit o różnej gęstości.
Przy dłuższym postoju warto odłączyć akumulator nie tylko od konsumentów, ale także od siebie.

Siła elektromotoryczna.

EMF akumulatora to różnica potencjałów elektrody mierzona przy otwartym obwodzie zewnętrznym. Potencjał elektrody z otwartym obwodem zewnętrznym składa się z potencjału elektrody równowagi i potencjału polaryzacji. Równowagowy potencjał elektrody charakteryzuje stan elektrody przy braku procesów przejściowych w układzie elektrochemicznym. Potencjał polaryzacji definiuje się jako różnicę między potencjałem elektrody podczas ładowania i rozładowywania a jej potencjałem, gdy obwód zewnętrzny jest otwarty. Polaryzacja elektrody jest zachowana w akumulatorze nawet przy braku prądu po odłączeniu obciążenia od ładowarki. Wynika to z dyfuzyjnego procesu wyrównywania stężenia elektrolitu w porach elektrod i przestrzeni ogniw akumulatora. Szybkość dyfuzji jest niska, dlatego zanik procesów przejściowych następuje w ciągu kilku godzin, a nawet dni, w zależności od temperatury elektrolitu. Biorąc pod uwagę obecność dwóch składowych potencjału elektrody podczas stanów przejściowych, rozróżnia się równowagowe i nierównowagowe pola elektromagnetyczne akumulatora.

Równowaga EMF akumulatora ołowiowego zależy od właściwości chemicznych i fizycznych substancji czynnych oraz stężenia ich jonów w elektrolicie.

Na wartość pola elektromagnetycznego wpływa gęstość elektrolitu, aw niewielkim stopniu temperatura. Zmiana pola elektromagnetycznego w zależności od; temperatura jest mniejsza niż

3 · 10 -4 V/st. Zależność pola elektromagnetycznego od gęstości elektrolitu w zakresie 1,05-1,30 g/cm 3 wygląda następująco:

gdzie E jest polem elektromagnetycznym akumulatora, V;

p - zredukowana do temperatury 5 ° C, gęstość elektrolitu, g / cm ”.

Wraz ze wzrostem gęstości elektrolitu wzrasta pole elektromagnetyczne (rysunek 3.1). Przy gęstościach roboczych elektrolitu 1,07-1,30 g / cm3 EMF nie daje dokładnego obrazu stopnia rozładowania akumulatora, ponieważ EMF rozładowanego akumulatora z elektrolitem o większej gęstości będzie wyższy.

EMF nie zależy od ilości materiałów aktywnych w akumulatorze i od wymiarów geometrycznych elektrod. EMF akumulatora wzrasta proporcjonalnie do liczby akumulatorów połączonych szeregowo m: E akumulator = m E A.

Gęstość elektrolitu w porach elektrod i w monobloku jest taka sama dla akumulatorów w stanie spoczynku. Ta gęstość odpowiada EMF spoczynku. Ze względu na polaryzację płytek i zmianę stężenia elektrolitu w porach elektrod w stosunku do stężenia elektrolitu w monobloku, pole elektromagnetyczne jest mniejsze podczas rozładowania, a większe w spoczynku. Głównym powodem zmiany pola elektromagnetycznego podczas wyładowania lub ładowania jest zmiana gęstości elektrolitu biorącego udział w procesach elektrochemicznych.

Ryż. 3.1. Zmiana równowagowych potencjałów EMF i elektrod akumulatora ołowiowego w zależności od gęstości elektrolitu:

1-pole elektromagnetyczne; 2 - potencjał elektrody dodatniej; 3 - potencjał elektrody ujemnej.

Napięcie.

Napięcie akumulatora różni się od jego pola elektromagnetycznego wielkością spadku napięcia w obwodzie wewnętrznym podczas przepływu prądu rozładowania lub ładowania. Podczas rozładowywania napięcie na zaciskach akumulatora jest mniejsze niż EMF, a podczas ładowania jest wyższe.

Napięcie rozładowania

U p = E - I p r = E - E n - I p r o,

gdzie En - EMF polaryzacji, V;

I p jest siłą prądu rozładowania, A;

r - całkowita rezystancja wewnętrzna, Ohm;

r o to rezystancja omowa baterii, Ohm. Napięcie ładowania

U z = E + I z · r = E + E n + I z · r o,

gdzie Ja s - siła prądu ładowania, A.

SEM polaryzacji jest związana ze zmianą potencjałów elektrod podczas przepływu prądu i zależy od różnicy stężeń elektrolitów między elektrodami oraz w porach masy czynnej elektrod. Podczas rozładowywania potencjały elektrod zbliżają się do siebie, a po naładowaniu oddalają się.

Przy stałym prądzie rozładowania w jednostce czasu zużywana jest pewna ilość materiałów aktywnych. Gęstość elektrolitu zmniejsza się liniowo (ryc. 3.2, a). Wraz ze zmianą gęstości elektrolitu zmniejszają się pola elektromagnetyczne i napięcie akumulatora. Pod koniec wyładowania siarczan ołowiu zamyka pory substancji czynnej elektrod, zapobiegając wypływowi elektrolitu z naczynia i zwiększając opór elektryczny elektrod.

Równowaga zostaje zachwiana, a napięcie zaczyna gwałtownie spadać. Akumulatory są rozładowywane tylko do napięcia końcowego Ucp odpowiadającego odkształceniu charakterystyki rozładowania Up = f (τ). Wyładowanie zostaje zakończone, chociaż materiały aktywne nie są całkowicie zużywane. Dalsze rozładowanie jest szkodliwe dla akumulatora i nie ma sensu, ponieważ napięcie staje się niestabilne.

Ryż. 3.2... Funkcje akumulatorów kwasowo-ołowiowych:

a - rozładowanie, b - ładowanie.

Po odłączeniu obciążenia napięcie akumulatora wzrasta do wartości EMF odpowiadającej gęstości elektrolitu w porach elektrod. Następnie przez pewien czas pole elektromagnetyczne wzrasta wraz z wyrównaniem się stężenia elektrolitu w porach elektrod oraz w objętości ogniwa akumulatora w wyniku dyfuzji. Możliwość zwiększenia gęstości elektrolitu w porach elektrod podczas krótkiego okresu bezczynności po rozładowaniu jest wykorzystywana podczas uruchamiania silnika. Zaleca się rozpoczęcie go w oddzielnych krótkotrwałych próbach z przerwami 1-1,5 minuty. Przerywane wyładowanie przyczynia się również do lepszego wykorzystania głębokich warstw substancji czynnych elektrod.

W trybie ładowania (ryc. 3.2, b) napięcie Uc na zaciskach akumulatora wzrasta z powodu wewnętrznego spadku napięcia i wzrostu pola elektromagnetycznego wraz ze wzrostem gęstości elektrolitu w porach elektrod. Gdy napięcie wzrośnie do 2,3 V, substancje czynne zostają przywrócone. Energia ładunku jest wykorzystywana do rozkładu wody na wodór i tlen, które uwalniane są w postaci pęcherzyków gazu. W tym przypadku wydzielanie się gazu przypomina wrzenie. Można go zmniejszyć, zmniejszając wartość prądu ładowania do końca rozładowania.

Część dodatnich jonów wodorowych uwalnianych na elektrodzie ujemnej jest neutralizowana przez elektrony. Nadmiar jonów gromadzi się na powierzchni elektrody i tworzy przepięcie do 0,33 V. Napięcie na końcu ładowania wzrasta do 2,6-2,7 V i pozostaje niezmienione przy dalszym ładowaniu. Stałe napięcie podczas 1-2 godzin ładowania i obfite wydzielanie gazu to oznaki zakończenia ładowania.

Po odłączeniu akumulatora od ładowarki napięcie spada do wartości SEM odpowiadającej gęstości elektrolitu w porach, a następnie maleje aż do wyrównania gęstości elektrolitu w porach płytek i naczyniu akumulatora.

Napięcie na zaciskach akumulatora podczas rozładowywania zależy od natężenia prądu rozładowania i temperatury elektrolitu.

Wraz ze wzrostem natężenia prądu rozładowania Ip napięcie spada szybciej ze względu na większą różnicę stężeń elektrolitów w naczyniu akumulatora i w porach elektrod, a także większy wewnętrzny spadek napięcia w akumulatorze. Wszystko to prowadzi do konieczności wcześniejszego zakończenia rozładowywania baterii. Aby uniknąć tworzenia się dużych nierozpuszczalnych kryształów siarczanu ołowiu na elektrodach, rozładowywanie akumulatorów jest zatrzymywane przy końcowym napięciu 1,75 V na jednym akumulatorze.

Wraz ze spadkiem temperatury wzrasta lepkość i oporność elektryczna elektrolitu oraz zmniejsza się szybkość dyfuzji elektrolitu z naczynia akumulatora do porów substancji czynnych elektrod.

Wewnętrzny opór.

Całkowita rezystancja wewnętrzna akumulatora to rezystancja wywierana przez przepływ stałego prądu rozładowania lub ładowania przez akumulator:

r = r 0 + E P / I P = r 0 + r P,

gdzie r 0 - rezystancja omowa elektrod, elektrolitu, separatorów i pomocniczych części przewodzących prąd (mostki, mostki, zworki); r P to rezystancja polaryzacji, która pojawia się w wyniku zmian potencjałów elektrod podczas przepływu prądu elektrycznego.

Ryż. 3.3. Zależność właściwej przewodności elektrycznej elektrolitu od gęstości w temperaturze 20 ° C.

Przewodność elektryczna elektrolitu (w stałej temperaturze) w dużej mierze zależy od jego gęstości (rys. 3.3). Dlatego też, przy innych parametrach, akumulatory o gęstości elektrolitu 1,2 - 1,3 g / cm 3 mają najlepsze właściwości początkowe.

W szczycie roku szkolnego wielu naukowców potrzebuje formuły emf do różnych obliczeń. Eksperymenty związane, również potrzebują informacji o sile elektromotorycznej. Ale początkującym nie jest łatwo zrozumieć, co to jest.

Wzór na znalezienie emf

Pierwszym krokiem jest ustalenie definicji. Co oznacza ten akronim?

SEM lub siła elektromotoryczna to parametr charakteryzujący działanie dowolnych sił o charakterze nieelektrycznym działających w obwodach, w których natężenie prądu, zarówno stałego, jak i przemiennego, jest jednakowe na całej długości. W sprzężonym obwodzie przewodzącym, siła elektromotoryczna jest przyrównywana do pracy tych sił w celu przeniesienia pojedynczego dodatniego (dodatniego) ładunku wzdłuż całego obwodu.

Poniższy rysunek przedstawia formułę emf.

Ast - oznacza pracę sił zewnętrznych w dżulach.

q jest ładunkiem przenoszonym w kulombach.

Siły zewnętrzne- są to siły, które dokonują separacji ładunków w źródle iw efekcie tworzą różnicę potencjałów na jego biegunach.

Dla tej siły jednostką miary jest wolt... Jest to oznaczane we wzorach literą « E ”.

Dopiero w chwili, gdy w akumulatorze nie ma prądu, elektromotor si-a będzie równy napięciu na biegunach.

Indukcja pola elektromagnetycznego:

SEM indukcji w obwodzie posiadającymnobroty:

Kiedy jedziemy:

Siła elektromotoryczna indukcja w obwodzie wirującym w polu magnetycznym z prędkościąw:

Tabela wartości

Proste wyjaśnienie siły elektromotorycznej

Załóżmy, że w naszej wiosce mamy wieżę ciśnień. Jest całkowicie wypełniony wodą. Pomyślmy, że to zwykła bateria. Wieża to bateria!

Cała woda będzie wywierać silny nacisk na dno naszej wieży. Ale będzie silny tylko wtedy, gdy ta struktura zostanie całkowicie wypełniona H 2 O.

W rezultacie im mniej wody, tym słabsze będzie ciśnienie, a ciśnienie strumienia będzie mniejsze. Po otwarciu kranu zauważamy, że z każdą minutą zasięg strumienia będzie się zmniejszał.

W rezultacie:

Napięcie to siła, z jaką woda napiera na dno. To jest presja.
Zero napięcia to spód wieży.

Bateria jest taka sama.

Przede wszystkim podłączamy źródło z energią do obwodu. I odpowiednio go zamykamy. Na przykład włóż baterię do latarki i włącz ją. Początkowo zauważymy, że urządzenie świeci jasno. Po chwili jego jasność zauważalnie zmniejszy się. Oznacza to, że siła elektromotoryczna zmniejszyła się (wyciek w porównaniu z wodą w wieży).

Jeśli weźmiemy za przykład wieżę ciśnień, to EMF jest pompą, która stale pompuje wodę do wieży. I to się nigdy nie kończy.

EMF ogniwa elektrochemicznego - formuła

Siłę elektromotoryczną baterii można obliczyć na dwa sposoby:

Oblicz korzystając z równania Nernsta. Konieczne będzie obliczenie potencjałów każdej elektrody zawartej w GE. Następnie oblicz pole elektromagnetyczne za pomocą wzoru.
Oblicz EMF według wzoru Nernsta dla całkowitego prądu reakcji generowania zachodzącej podczas pracy GE.

Tak więc, uzbrojony w te wzory, łatwiej będzie obliczyć siłę elektromotoryczną baterii.

Gdzie są używane różne rodzaje pól elektromagnetycznych?

Piezoelektryk jest stosowany, gdy materiał jest rozciągany lub ściskany. Za jego pomocą powstają kwarcowe generatory energii i różne czujniki.
Substancja chemiczna jest stosowana w bateriach i w bateriach.
Indukcja pojawia się w momencie przecięcia przewodnika przez pole magnetyczne. Jego właściwości są wykorzystywane w transformatorach, silniki elektryczne, generatory.
Termoelektryczny powstaje w czasie nagrzewania styków różnych rodzajów metali. Znalazł swoje zastosowanie w agregatach chłodniczych i termoparach.
Fotoelektryka służy do produkcji fotokomórek.

Rzućmy okiem na główne parametry akumulatora, którego potrzebujemy podczas jego eksploatacji.

1. Siła elektromotoryczna (EMF) akumulator - napięcie między zaciskami akumulatora przy otwartym obwodzie zewnętrznym (i oczywiście przy braku jakichkolwiek wycieków). W warunkach „polowych” (w garażu) EMF można zmierzyć dowolnym testerem, przedtem należy wyjąć jeden z zacisków („+” lub „-”) z akumulatora.

Pole elektromagnetyczne akumulatora zależy od gęstości i temperatury elektrolitu i nie zależy w ogóle od rozmiaru i kształtu elektrod, a także od ilości elektrolitu i mas aktywnych. Zmiana EMF akumulatora od temperatury jest bardzo mała i podczas pracy można ją pominąć. Wraz ze wzrostem gęstości elektrolitu wzrasta pole elektromagnetyczne. W temperaturze plus 18 ° C i gęstości d = 1,28 g / cm 3 bateria (czyli jeden bank) ma EMF równą 2,12 V (akumulator - 6 x 2,12 V = 12,72 V). Zależność pola elektromagnetycznego od gęstości elektrolitu, gdy gęstość zmienia się w granicach 1,05 ÷ 1,3g/cm3 wyrażone wzorem empirycznym

E = 0,84 + d, gdzie

mi- akumulator EMF, V;

D- gęstość elektrolitu w temperaturze plus 18°C, g/cm3.

Niemożliwe jest dokładne oszacowanie stopnia rozładowania akumulatora przez pole elektromagnetyczne. SEM rozładowanego akumulatora o większej gęstości elektrolitu będzie wyższa niż SEM akumulatora naładowanego, ale o niższej gęstości elektrolitu.

Mierząc EMF, można tylko szybko wykryć poważną awarię akumulatora (zwarcie płyt w jednym lub kilku rzędach, zerwanie przewodów łączących między rzędami itp.).

2. Wewnętrzna rezystancja baterii jest sumą rezystancji zacisków, połączeń międzyelementowych, płytek, elektrolitu, separatorów oraz rezystancji powstającej na styku elektrod z elektrolitem. Im większa pojemność akumulatora (liczba płyt), tym mniejsza jego rezystancja wewnętrzna. Wraz ze spadkiem temperatury i rozładowywaniem się akumulatora wzrasta jego rezystancja wewnętrzna. Napięcie akumulatora różni się od jego pola elektromagnetycznego wielkością spadku napięcia na wewnętrznej rezystancji akumulatora.

Podczas ładowania U 3 = E + I x R VN,

i przy rozładowaniu U P = E - I x R VN, gdzie

i- prąd płynący przez akumulator, A;

R VN- rezystancja wewnętrzna akumulatora, Ohm;

mi- akumulator EMF, V.

Zmiana napięcia na akumulatorze podczas jego ładowania i rozładowywania jest pokazana na: Ryż. 1.

Rys. 1. Zmiana napięcia akumulatora podczas jego ładowania i rozładowywania.

1 - początek wydzielania się gazu, 2 - opłata, 3 - rozładować się.

Napięcie generatora samochodowego, z którego ładowany jest akumulator, wynosi 14,0 ÷ 14,5 V... W samochodzie akumulator, nawet w najlepszym przypadku, w całkowicie sprzyjających warunkach, pozostaje niedoładowany przez 10 ÷ 20%... Wynika to z pracy generatora samochodowego.

Generator zaczyna dostarczać wystarczające napięcie do ładowania, gdy 2000 obr/min i więcej. Prędkość biegu jałowego 800 ÷ 900 obr/min... Styl jazdy w mieście: podkręcanie(czas trwania poniżej minuty), hamowanie, zatrzymywanie (światła, korek - czas trwania od 1 minuty do ** godzin). Ładunek idzie tylko podczas przyspieszania i ruchu przez raczej wysokie obroty... Przez resztę czasu dochodzi do intensywnego rozładowania akumulatora (reflektory, inne odbiorniki energii elektrycznej, alarm - przez całą dobę).

Sytuacja poprawia się podczas jazdy poza miastem, ale nie w krytyczny sposób. Czas trwania wycieczek nie jest tak długi (pełne naładowanie baterii - 12-15 godzin).

W punkcie 1–14,5V rozpoczyna się wydzielanie gazu (elektroliza wody na tlen i wodór), wzrasta zużycie wody. Innym nieprzyjemnym efektem podczas elektrolizy jest wzrost korozji płyt, więc nie należy do tego dopuścić długie przepięcie 14,5 V na zaciskach akumulatora.

Napięcie generatora samochodowego ( 14,0 ÷ 14,5 V) jest wybierany z warunków kompromisowych - zapewniających mniej więcej normalne ładowanie akumulatora przy jednoczesnym ograniczeniu gazowania (zmniejsza się zużycie wody, maleje zagrożenie pożarowe, maleje szybkość niszczenia płyt).

Z powyższego możemy wywnioskować, że bateria musi być okresowo, przynajmniej raz w miesiącu, w pełni doładowana zewnętrznym ładowarka w celu zmniejszenia zasiarczenia płyt i wydłużenia żywotności.

Napięcie akumulatora na jego rozładowanie przez prąd rozruchowy(IP = 2 ÷ 5 C 20) zależy od natężenia prądu rozładowania i temperatury elektrolitu. Na Rys. 2 pokazuje charakterystykę prądowo-napięciową akumulatora; 6ST-90 w różnych temperaturach elektrolitu. Jeśli prąd rozładowania jest stały (na przykład I Р = 3 С 20, linia 1), napięcie akumulatora podczas rozładowania będzie tym niższe, im niższa jest jego temperatura. Aby utrzymać stałe napięcie podczas rozładowywania (linia 2), konieczne jest zmniejszanie natężenia prądu rozładowania wraz ze spadkiem temperatury akumulatora.

Rys. 2. Charakterystyka woltamperowa akumulatora 6ST-90 przy różnych temperaturach elektrolitu.

3. Pojemność akumulatora (C) to ilość energii elektrycznej, którą bateria oddaje podczas rozładowywania do najniższego dopuszczalnego napięcia. Pojemność baterii wyrażona jest w amperogodzinach ( I H). Im większa siła prądu rozładowania, tym niższe napięcie, do którego można rozładować akumulator, np. przy określaniu pojemności znamionowej akumulatora rozładowanie odbywa się prądem ja = 0,05C 20 na stres 10,5 V, temperatura elektrolitu powinna być w zakresie +(18 ÷ 27) ° C i czas rozładowania 20 godzin... Uważa się, że koniec żywotności baterii następuje, gdy jej pojemność wynosi 40% C20.

Pojemność baterii w tryby startowe oznaczana w temperaturze + 25°C i prąd rozładowania С 20... W takim przypadku czas rozładowania do napięcia 6 cali(jeden wolt na baterię) musi wynosić co najmniej 3 minuty.

Gdy bateria jest rozładowana przez prąd С 20(temperatura elektrolitu) -18°C) napięcie baterii przez 30 sekund po rozpoczęciu rozładowania powinno być 8,4V(9,0 V dla akumulatorów bezobsługowych) i po 150 s nie mniej 6 cali... Ten prąd jest czasami nazywany prąd przewijania na zimno lub prąd rozruchowy, może się różnić od С 20 Prąd ten jest podany na obudowie akumulatora obok jego pojemności.

Jeśli rozładowanie następuje przy stałym natężeniu prądu, pojemność akumulatora określa wzór

C = I x t gdzie,

i- prąd rozładowania, A;

T- czas rozładowania, h

Pojemność akumulatora zależy od jego konstrukcji, liczby płyt, ich grubości, materiału separatora, porowatości materiału aktywnego, konstrukcji sieci płyt i innych czynników. Podczas pracy pojemność akumulatora zależy od natężenia prądu rozładowania, temperatury, trybu rozładowania (przerywany lub ciągły), stanu naładowania i pogorszenia się stanu akumulatora. Wraz ze wzrostem prądu rozładowania i stopnia rozładowania, a także ze spadkiem temperatury pojemność akumulatora maleje. W niskich temperaturach spadek pojemności akumulatora wraz ze wzrostem prądów rozładowania następuje szczególnie intensywnie. W temperaturze -20°C około 50% pojemności baterii pozostaje w temperaturze +20°C.

Najbardziej kompletny stan akumulatora jest pokazany przez jego pojemność. Aby określić rzeczywistą pojemność, wystarczy naładować prądem w pełni naładowany sprawny akumulator I = 0,05 C 20(np. dla akumulatora o pojemności 55 Ah I = 0,05 x 55 = 2,75 A). Rozładowanie należy kontynuować aż do osiągnięcia napięcia akumulatora. 10,5 V... Czas rozładowania powinien wynosić co najmniej 20 godzin.

Wygodny w użyciu jako obciążenie przy określaniu pojemności żarówki samochodowe... Na przykład, aby zapewnić prąd rozładowania 2,75 A, przy którym pobór mocy wynosi P = I x U = 2,75 A x 12,6 V = 34,65 W, wystarczy podłączyć lampę równolegle włączone 21 watów i zapalona lampa 15 watów... Napięcie robocze żarówek w naszym przypadku powinno wynosić 12 cali... Oczywiście dokładność ustawienia prądu w ten sposób to „plus-minus łykowe buty”, ale do przybliżonego określenia stanu akumulatora wystarczy, a także tanio i przystępnie.

Testując nowe baterie w ten sposób, czas rozładowania może być krótszy niż 20 godzin. Wynika to z tego, że uzyskują nominalną pojemność po 3 ÷ 5 pełnych cykli ładowania i rozładowania.

Pojemność baterii można również oszacować za pomocą załaduj widły... Wtyczka obciążenia składa się z dwóch nóżek stykowych, uchwytu, przełączanej rezystancji obciążenia i woltomierza. Jedna z możliwych opcji jest pokazana w Rys. 3.

Rys. 3. Załaduj opcję wideł.

Aby przetestować nowoczesne akumulatory z dostępnymi tylko zaciskami wyjściowymi, użyj Wtyczki obciążenia 12 V... Rezystancja obciążenia dobierana jest tak, aby zapewnić prąd baterii I = С 20 (na przykład przy pojemności akumulatora 55 Ah rezystancja obciążenia musi pobierać prąd I = ЗС 20 = 3 x 55 = 165 A). Wtyczka obciążenia jest połączona równolegle ze stykami wyjściowymi w pełni naładowanego akumulatora, czas w którym napięcie wyjściowe spada z 12,6 V do 6 cali... Nowy, sprawny iw pełni naładowany akumulator powinien mieć ten czas. co najmniej trzy minuty w temperaturze elektrolitu + 25°C.

4. Samorozładowanie akumulatora. Samorozładowanie nazywa się zmniejszeniem pojemności akumulatorów z otwartym obwodem zewnętrznym, to znaczy bezczynnością. Zjawisko to jest spowodowane procesami redoks, które spontanicznie zachodzą zarówno na ujemnej, jak i dodatniej elektrodzie.

Elektroda ujemna jest szczególnie podatna na samorozładowanie ze względu na samorzutne rozpuszczanie się ołowiu (ujemnej masy czynnej) w roztworze kwasu siarkowego.

Samorozładowaniu elektrody ujemnej towarzyszy wydzielanie się gazowego wodoru. Szybkość spontanicznego rozpuszczania ołowiu znacznie wzrasta wraz ze wzrostem stężenia elektrolitu. Wzrost gęstości elektrolitu z 1,27 do 1,32 g/cm3 prowadzi do wzrostu szybkości samorozładowania elektrody ujemnej o 40%.

Samorozładowanie może nastąpić również wtedy, gdy zewnętrzna powierzchnia akumulatora zostanie zabrudzona lub zalana elektrolitem, wodą lub innymi cieczami, które stwarzają możliwość rozładowania przez folię przewodzącą prąd elektryczny umieszczoną pomiędzy biegunami akumulatora lub jego zworami.

Samorozładowanie akumulatorów w dużym stopniu zależy od temperatury elektrolitu... Samorozładowanie maleje wraz ze spadkiem temperatury. W temperaturach poniżej 0°C praktycznie zatrzymuje się przy nowych bateriach. Dlatego zaleca się przechowywanie akumulatorów w stanie naładowanym w niskich temperaturach (do -30°C). Wszystko to jest pokazane w Rys. 4.

Rys. 4. Zależność samorozładowania akumulatora od temperatury.

Podczas pracy samorozładowanie nie pozostaje stałe i gwałtownie wzrasta pod koniec okresu użytkowania.

Aby zmniejszyć samorozładowanie, do produkcji akumulatorów konieczne jest użycie najczystszych materiałów, używaj tylko czysty kwas siarkowy i woda destylowana do przygotowania elektrolitu, zarówno podczas produkcji, jak i podczas eksploatacji.

Zazwyczaj samorozładowanie jest wyrażane jako procent utraty pojemności w określonym czasie. Samorozładowanie baterii jest uważane za normalne, jeśli nie przekracza 1% dziennie lub 30% pojemności baterii miesięcznie.

5. Okres trwałości nowych baterii. Obecnie akumulatory samochodowe produkowane są przez producenta wyłącznie w stanie naładowanym na sucho. Żywotność baterii bez pracy jest bardzo ograniczona i nie przekracza 2 lat (gwarantowany okres przechowywania) 1 rok).

6. Żywotność samochodowe akumulatory kwasowo-ołowiowe - co najmniej 4 lata z zastrzeżeniem warunków pracy ustalonych przez zakład. W mojej praktyce sześć baterii służyło przez cztery lata, a jedna, najtrwalsza, od ośmiu lat.