Электрические характеристики кислотных аккумуляторов

Основными электрическими характеристиками аккумуляторов яв­ля­ются:

- электродвижущая сила;

- внутреннее сопротивление;

- напря­жение;

- емкость;

- отдача.

Электродвижущая сила (ЭДС). Величина электродви­жущей силы Е любого химического источника зависит от материала актив­ных веществ электродов и электролита, а также от плотности и темпе­ратуры электролита. Зависимость ЭДС кислотного аккумулятора от плотности электролита достаточно точно выражается эмпирической формулой:

Е= 0,84 + d

Где d— плотность электролита при 15° С, которая в зависимости от степени раз­ряженности аккумулятора и условий его экс­плуатации может изменяться от 1,05 до 1,32 г/куб.см.

При изменении плотности электролита в этих пределах ЭДС од­ного элемента ак­кумуляторной батареи изменяется от 1,89 до 2,16 В.

Влияние температуры на ЭДС кислотного аккумулятора незначитель­но. С изме­нением температуры на 1° ЭДС изменяется на 0,4 мВ, т.е. ЭДС практически не зави­сит от темпера­туры..

Внутреннее сопротивление. Внутреннее сопро­тивление аккумуля­тора rвн.складывается из сопротивления электродов (пластин) и сопротивления электролита. Так как сопротивление пластин очень мало, то основная доля внутрен­него сопротивления приходится на сопротивление электролита. Внутреннее сопро­тивление электролита и его плотность сильно зависят от температуры электролита. С понижением температуры вследствие увеличения вязкости элект­ролита и уменьше­ния подвижности ионов внут­реннее сопротивление увеличивается.

При разряде аккумулятора плотность электролита уменьшается, а вследствие уменьшения концентрации ионов внутреннее сопро­тивление уве­личивается. При за­ряде аккумулятора внутреннее сопро­тивление – уменьша­ется.

Внутреннее сопро­тивление резко увеличивается при разряде большими токами вследствие резкого уменьше­ния плотности электролита около элек­тродов и в по­рах активной массы.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит также от его кон­струкции. Чем больше площадь поверхности пластин, чем больше число па­раллельно включен­ных пластин в одном элементе и чем мень­ше расстояние между пластинами, тем меньше при прочих равных ус­ловиях внутреннее со­противление аккумулятора. Ма­лое внутреннее сопротивление стартёрных аккумуляторных батарей серии САМ по­рядка 0,02 Ом позволяет получить от них большие токи (порядка 750 А) при малых внутренних потерях.

Напряжение. Напряжение U на зажимах аккумулятора отли­чается от ЭДСна величину падения на­пряжения на внутреннем сопротивле­нии аккумулятора:

U = E – I r вн.

где U — напряжение на клеммах аккумулятора;

Е — ЭДС аккумулятора;

I — ток разряда;

r вн. — внутреннее сопротивление аккумулятора.

Из формулы видно, что напряжение при разряде в сильной степени за­висит от величины разрядного тока и от внутреннего сопротивления аккуму­лятора, которое, в свою очередь, зависит от плотности и температуры элек­тролита.

Отсюда следует, что снижение температуры электролита не только увеличивает внут­реннее сопротивление аккумулятора, но и уменьшает его напряжение. Вследст­вие увеличения вязкости электролита уменьшается ско­рость диффу­зии активных веществ и образующаяся, в результате реакции, возле пластин вода не успевает за­меняться свежим электролитом. Это приво­дит к дополнительному уменьшению ЭДС и увеличению внутреннего со­про­тивления, особенно при разряде большими токами.

Во избежание преждевре­менного выхода аккумулято­ра из строя раз­ряд можно производить только до минимально допустимого напря­жения, за­висящего от величи­ны разрядного тока. Если раз­ряд ведется номинальным то­ком, то ко­нечное допусти­мое напряже­ние разряда равно 1,7 В на эле­мент или 20,4 Вна батарею из 12 эле­ментов. Если разрядный ток больше но­миналь­ного, то допускается меньшее конеч­ное напряжение, так как в этом случае низкое напряжение обусловлено не израсхо­дованием активных ве­ществ, а большим падением напряжения на внутреннем сопро­тив­лении ак­кумулятора.

Ёмкость аккумулятора. Ёмкостью аккумулятора Q на­зывается ко­личество электричества, которое может отдать исправный полно­стью заряженный аккумулятор при разряде паспортным значением тока до минимально допустимого напряжения. Емкость выражается в амперчасах и может быть определена из выраже­ния

Q = I пасп. t разр.

где I пасп. — паспортный ток разряда, определённый изготовителем, при кото­ром допускается разряд аккумуляторной батареи до 20,4 В;

t разр.— время разряда.

Величина разрядного тока оказывают особенно сильное влияние на емкость ак­кумулятора. С увеличением разрядного тока электрохимические реакции в аккумуля­торе протекают более интенсивно и выделяющаяся в по­рах активной массы вода не успевает замещаться свежим электролитом. В ре­зультате разряд идет в основном по поверх­ности пластин и образующийся сульфат свинца закрывает поры, вы­ключая из работы внутренние слои актив­ной массы.

К снижению ёмкости приводит и понижение температуры электро­лита: вследст­вие увеличения вязко­сти диффузия электро­лита в поры активной массы замедляется и внутренние слои оказываются выключенными из реак­ции разряда.

Так как в зависимости от условий и режима разряда ёмкость мо­жет меняться в широких пределах, то для сравнения величины ёмкости различ­ных аккумуляторов введено понятие номинальной ёмкости — емкости, га­рантируемой заводом изго­товителем при определенном ре­жиме разряда За номинальную принимают ёмкость, которую отдает полностью заряженный аккумулятор при разряде номинальным то­ком до напряжения 1,7 Вна эле­мент (20,4 Вна батарею) при тем­пературе элек­тролита 25°С и давлении 760 мм рт.ст.

Отдача аккумулятора. Различают отдачу аккуму­лятора по емкости и по энергии.

Отдачей аккумулятора по ёмкости называется отношение раз­рядной ем­кости к зарядной:

ήQ =

то есть отношение количества электричества, снятого с аккумулятора при раз­ряде к количеству электричества, подведённому к аккумулятору при его заряде.

Отдачей по энергии называется отношение энергии, полученной от аккумуля­тора при его разряде, к количеству энергии, затраченной при его заряде:

ήА = = . = ήQ

Ввиду того, что при заряде и разряде всегда присутствуют потери на нагрев, разложение воды и др., величины отдачи по ёмкости и энергии все­гда меньше еди­ницы. Таким образом отдача аккумулятора является анало­гом КПД для других уст­ройств.

Основные данные аккумуляторных батарей 12САМ-28:

ЭДС……………………………………25,5÷26 В

U не менее………………..…………...24 В

Q при токе 5,6 А.…………………….28 Ач

I разряда максимальный ……………750 А

Отдача по ёмкости…………………...85÷90 %

Отдача по энергии……………………65÷75%

Масса………………………………….28,5 кг