ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

ВАЖНЕЙШИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АККУМУЛЯТОРОВ

Электродвижущая сила. Электродвижущей силой (э. д.с.) Е аккумулятора называется разность его электродных потенциалов при разомкнутой цепи, т. е. при отсутствии тока в цепи;

Е=?+-?_, (35)

Где ф+ и ф_—соответственно равновесные потенциалы положитель­ного и отрицательного электродов.

Величину э. д.с. измеряют вольтметром' с большим внутренним сопротивлением или потенциометром. Э. д. с. батареи состоящей из п источников тока, соединенных последовательно, равна сумме э. д.с. отдельных аккумуляторов

Е 6 = пЕ. (36)

Внутреннее сопротивление. Внутренним сопротивле­нием аккумулятора г называется сопротивление, оказываемое им при прохождении внутри него постоянного тока

Г=г0 + гя. (37)

Первое из этих слагаемых г0 называется омическим сопротивлением и представляет собой сумму сопротивлений электродов и электро­лита. Появление второго слагаемого гп обусловлено изменением электродных потенциалов при прохождении тока. Поэтому оно называется сопротивлением поляризации. Величина его зависит от силы тока.

В процессе разряда аккумулятора внутреннее сопротивление увеличивается, так как обе его составляющие г0 и гп возрастают из-за изменения состава электролита и электродов (главным обра­зом поверхностного слоя). Величина внутреннего сопротивления зависит также от размеров и конструкций аккумулятора: чем боль­ше размеры аккумулятора и чем меньше расстояние между пла­стинами, тем меньше его внутреннее сопротивление. Значения г
при разряде и заряде аккумулятора выражаются формулами

Г^^р--, (33)

И,~ Е

Где и3 — зарядное напряжение; ир — разрядное напряжение; Е — э. д.с., 1 — ток.

Разрядное и зарядное н а п р я ж е н и я. Разрядное (ир) и зарядное (и3) напряжения связаны с э. д.с. аккумулятора Е урав­нениями

Uf=E-rvIp, (40)

«з=Я + Г3/3. T (41>

Средние значения напряжения аккумулятора при заряде и раз­ряде могут быть определены как средние арифметические из ряда значений напряжения, измеренных через равные интервалы вре­мени.

Емкость, энергия и отдача. Емкость аккумулятора представляет собой меру электрохимических реакций, происходя­щих в аккумуляторе, и выражается в ампер-часах. Различают за­рядную и разрядную емкость аккумуляторов.

Емкостью при заряде Q3 называют количество электричества, которое требуется израсходовать при заряде аккумулятора в дан­ных условиях. Значение Q3 при постоянной силе тока находят ум­ножением зарядного тока на продолжительность заряда

Q3 = f3T3. (42)

Разрядной емкостью Qp называется то количество электричест­ва, которое может быть получено от аккумулятора при данных ус­ловиях работы, т. е. при данной температуре, данных величинах разрядного тока и конечного разрядного напряжения. Разрядную емкость при постоянной силе тока находят умножением силы тока на продолжительность разряда:

Qp=/p7,p. ' (43)

Емкость аккумулятора зависит от количества заложенных в не­го активных маіериалов и степени их использования. Использова­ние активных материалов тем лучше, чем слабее ток разряда и чем выше температура электролита. Увеличение температуры имеет не­который предел, выше которого нормальной работе аккумулятора препятствуют побочные явления.

Кроме указанных емкостей существует номинальная или гаран­тированная емкость. Номинальной называется минимально допусти­мая емкость источника тока, которую тот должен отдавать в режи­ме работы, указанном заводом-изготовителем (нормальный ре­
жим). Фактическая емкость источника тока обычно на 10—20% превосходит величину его номинальной емкости.

Разрядная емкость аккумулятора зависит от температуры и плотности тока.

Для вычисления емкости при различных температурах поль­зуются уравнением

Q/, = --------- —--------- , (44)

Где Qf, — емкость, найденная при tu Qt% — емкость, рассчитанная при t2; а — температурный коэффициент емкости, равный 0,007— 0,008 для аккумуляторов с толстыми пластинами и 0,01—для аккумуляторов с тонкими пластинами.

Для определения емкости при других плотностях тока приме­няется формула Пейкерта

/*Т=к, (45)

Где /—разрядный ток, А; Т—время разряда, ч; z и k — посто­янные.

Значения г и k определяются следующим образом. Для двух различных режимов, для которых токи и продолжительность разря­да соответственно равны /ь Ті и Т2, очевидно, можно записать

/*7'1 = /з7'3=Л или после логарифмирования

Z=MlzlIMLL, lg/i— Ig h '

Постоянная k может быть определена из предыдущего уравнения. Зная k для данного аккумулятора и г для всех аккумуляторов аналогичного типа, можно вычислить емкость при любой другой силе тока. Величина z колеблется для различных типов свинцовых аккумуляторов в пределах от 1,35 до 1,72, причем для стационар­ных типов она равна 1,35.

Если обозначить через Qi известную емкость аккумулятора при разряде током h в течение Т, то искомую емкость Q2 при разряде током h можно определить по формуле Пейкерта следующим об­разом

«.-«.(■jjp. <«>

Энергия аккумулятора W выражается произведением его емко­сти на среднее напряжение

Wp=Qpp; (47)

Wa=Qpa. (48)

Для аккумуляторов различают величины отдачи по емкости t]q, по энергии т)^ и по напряжению т)и-

Значения этих величин при постоянной силе тока находят по формулам

(49)

; (50)

(51)

При равенстве и постоянстве зарядного и разрядного токов можно показать, что

V^qV (52)

Для сравнения различных типов аккумуляторов пользуются удельными величинами: емкостью, энергией или мощностью, отне­сенными к единице массы или объема источника тока.

Удельную емкость выражают в ампер-часах на 1 кг или на 1 л, удельную энергию — в ватт-часах на 1 кг или 1 л, удельную мощ­ность— в ваттах на 1 кг или 1 л.

Саморазряд и срок службы. Саморазрядом называется бесполезная самопроизвольная потеря емкости аккумулятора при разомкнутой внешней цепи. Этот процесс вызван главным образом взаимодействием активных масс электродов и электролита. Само­разряд С обычно выражается в процентах потери емкости за сутки.

С= Qi-Qa,100 (53)

Qit

Где Qi и Q2 — емкости аккумулятора до и после хранения; t — про­должительность хранения в сутках.

В тех случаях, когда саморазряд сопровождается заметным вы­делением газов на электродах, что имеет место, например, в случае саморазряда отрицательного электрода свинцового аккумулятора скорость саморазряда может быть определена измерением объема газа, выделившегося за определенное время. Расчет скорости само­разряда для каждого из электродов производится согласно фор­мулам

С+ = —^----------- 100, (54)

—^--------- 100, (55)

0.418Q*

Где У0 — объем выделившегося газа при нормальных условиях; 0,209 и 0,418 — объемы кислорода и водорода, выделившиеся при саморазряде, равном 1 А-ч.

Для аккумуляторов важной эксплуатационной характеристикой является также срок их службы. Срок службы выражают либо во
времени, в течение которого аккумулятор пригоден для разрядов и зарядов, либо числом циклов заряда и разряда, в течение кото­рых аккумулятор способен отдавать емкость не ниже предусмот­ренной для данного типа.