Зависимость тока разряда от емкости батареи

Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи изме­ряются относительно ее емкости С. При этом емкость пол­ностью заряженной батареи принимается равной 1 или, как обычно ее обозначают, 1С. Если говорят о том, что ток разряда батареи равен 1С, то это означает его численное равенство заяв­ленной производителем номинальной емкости батареи. Напри­мер, если емкость батареи равна 1 Ач, то ток разряда, соответст­вующий значению 1С, составит 1 А. Если же ток разряда соот­ветствует 0,5С, то для данной батареи он составит 0,5 А.

По существу, термин «емкость аккумулятора» означает вели­чину тока разряда, при котором полностью заряженная аккуму­ляторная батарея разрядится до напряжения конца разряда за 1 ч. Поэтому, зная емкость аккумулятора и ток нагрузки можно

Емкость батареи обычно определяют при помощи анализато­ра батарей, который отображает ее значение в процентах. На­пример, если батарея емкостью 1000 мАч разряжается током 1000 мА за 1 ч, то ее емкость равна 100 %, а если при том же токе нагрузки она разрядится за 30 мин, ее емкость составит, со­ответственно, 50 %. Иногда при измерении емкости новых бата­рей она составляет более 100 %, и это нормально. Такое случает­ся, когда производитель искусственно занижает паспортную ем­кость. Ну, а потребитель от этого не в убытке!

Разряжая батарею при помощи анализатора, который позво­ляет устанавливать различные значения тока разряда, можно за­метить, что его показания выше при токе разряда меньшей вели­чины. При разряде батареи емкостью 1000 мАч током 2С (или 2000 мА) анализатор через,30 мин. покажет значение полной ем­кости. Теоретически, при ее разряде меньшим током, т. е. при более длительном разряде, его показания меняться не должны. Однако если ту же батарею разряжать током 0,5С в течение 2 ч, анализатор покажет, что ее емкость составляет 103 %. Это про­исходит из-за различной скорости протекания химических про­цессов в батарее при различных токах нагрузки.

Различие в показаниях анализатора при различных токах на­грузки сильно зависит от величины внутреннего сопротивления батареи. Для новых батарей с хорошей нагрузочной характери­стикой и малым внутренним сопротивлением такое различие со­ставит всего лишь несколько процентов, а для старых с высоким внутренним сопротивлением — ±10 % и более.

Существует всего один тип батарей, емкость которых не из­меряется при токе разряда, равном 1С. Это свинцово-кислотные батареи. Для определения их емкости производители рекоменду­ют разряд током 0,05С в течение 20 ч. При таком медленном разряде точно определить емкость батареи довольно трудно. Если же определять емкость свинцово-кислотной батареи при токе разряда 0,2С в течение 5 ч, то показания анализатора будут более низкими, чем в первом случае. Чтобы как-то привести в

124

Методы разряда аккумуляторных батарей

Методы разряда аккумуляторных батарей

125

 

порядок возможные разночтения емкости, производители сами определяют пределы ее возможных отклонений.

Литий-ионные и литий-полимерные батареи имеют встроен­ную защиту от сильных токов разряда. В зависимости от типа батареи, верхний предел тока разряда определяется на уровне 1С или 2С. Из-за наличия защиты литий-ионные батареи не испо­льзуют для питания медицинского оборудования, электроинст­румента и мощных радиостанций, — для их питания применяют старые добрые никель-кадмиевые аккумуляторные батареи.

Глубина разряда

Типовое значение напряжения конца разряда никель-кадми­евых батарей составляет 1 В на элемент. Такая величина напря­жения свидетельствует о том, что аккумулятор отдал 99 % своей энергии, и при дальнейшем разряде напряжение быстро снизит­ся до нуля. Разряда батареи ниже напряжения конца разряда всегда следует избегать, особенно если она питает мощную на­грузку.

Ни в одной батарее элементы не согласованы идеально. Можно говорить лишь о большей или меньшей степени их со­гласования. Если разряд батареи будет продолжаться после до­стижения напряжения конца разряда, на наиболее «слабых» ее элементах может произойти переполюсовка напряжения, други­ми словами, плюс станет минусом, а минус — плюсом. И чем больше элементов в батарее соединено последовательно, тем бо­льше шанс, что это случится.

Переполюсовка элементов никель-кадмиевых батарей может происходить при снижении напряжения на них менее 0,2 В. При этом переполюсовка происходит на аноде (т. е. потенциал анода становится ниже потенциала катода). В таком состоянии эле­мент может находиться недолго, поскольку этот процесс связан с выделением водорода у анода. По мере увеличения внутрикор-пусного давления наступит момент принудительной вентиляции, и в результате сработает предохранительный клапан. Однако если дальнейший разряд батареи не будет прекращен, произой­дет переполюсовка обоих его электродов. Ее результатом станет короткое замыкание элемента (в замкнутой цепи к нему будет приложено напряжение других элементов аккумуляторной бата-

реи). Подобную неисправность можно устранить только заменой батареи на новую. Старая к дальнейшей эксплуатации будет не­пригодна.

При разряде батареи, подключенной к анализатору емкости, ток разряда контролируется им автоматически, не допуская вы­хода его значений за безопасные пределы. Если произойдет пе­реполюсовка элемента внутри батареи, ток разряда уменьшится настолько, что ее выхода из строя не произойдет. Описанный выше пробой будет возможен только тогда, когда батарея или очень изношенная, или старая.

Если ток разряда превышает значение 1С, напряжение конца разряда большинства никель-кадмиевых и никель-металлгидрид-ных батарей составляет 0,9 В на элемент. Причиной является повышенное падение напряжения на внутреннем сопротивлении элемента, проводах, устройстве защиты и контактах батареи. Кроме того, установка более низкого напряжения конца заряда на элементе обеспечивает лучшую работу батареи при низких температурах.

Рекомендуемое напряжение конца разряда герметичных свинцово-кислотных батарей принято считать равным 1,75 В на элемент. Если для никель-кадмиевых батарей предпочтительна плоская кривая напряжения при разряде, при разряде свинцо­во-кислотных наблюдается резкий спад напряжения в начале разряда и быстрый спад — в его конце (рис. 7.1). Хотя такое ха­рактерное явление считается недостатком, по уровню напряже­ния в процессе разряда можно определить степень заряда бата­реи. Однако показания напряжения меняются при изменении сопротивления нагрузки настолько, что точным такой способ определения степени заряда не назовешь.

Для свинцово-кислотных батарей считается допустимым:

• 150...200 циклов полного разряда (глубина разряда 100 %);

• 400...500 циклов 50 % разряда (глубина разряда 50 %);

• 1000 и более циклов частичного разряда (глубина разряда
30%).

Следует отметить, что в процессе нормальной эксплуатации допустим разряд на 60 % батарей с гелевым электролитом и на 80 % — с жидким.

Свинцово-кислотные батареи нельзя ни разряжать до уровня напряжения ниже 1,75 В на элемент, ни хранить в разряженном состоянии. Если это требование нарушить, произойдет сульфа-

126