Основные характеристики щелочных аккумуляторов

Дата добавления: 2014-06-18 | Просмотров: 1873

Электродвижущая сила (ЭДС).

ЭДС называют разность потенциалов положительного и отрицательного электродов.

Е = φ⁺ - φ^-

Величина ЭДС зависит главным образом от состава активной массы электродов и концентрации электролита. ЭДС измеряется в вольтах. При одинаковой плотности электролита ЭДС у разряженного и заряженного аккумуляторов будет одинаковой, если измерения производить без тока нагрузки. У щелочных аккумуляторов ЭДС составляет 1,45 вольта. ЭДС не зависит от размеров аккумуляторов, от площади пластин или количества электролита.

Напряжение аккумулятора.

При разряде аккумулятора напряжение всегда меньше ЭДС. Без нагрузки вольтметр, подключенный к аккумулятору, показывает ЭДС.

При подключенной нагрузке вольтметр показывает напряжение. В этом случае ЭДС разбивается на две части: часть ЭДС остается внутри аккумулятора в виде падения напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора, другая часть ЭДС падает на внешнее сопротивление.

Е = U_Rвн + U_Rн = I*Rвн + I*R_н

Где U_Rвн – падение напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора;

U_Rн - падение напряжения на сопротивлении внешней нагрузки.

I - ток нагрузки;

Rвн - внутреннее сопротивление;

R_н - сопротивление внешней нагрузки.

Напряжение можно измерить только под нагрузкой. Рабочее напряжение щелочного аккумулятора составляет 1,25 вольта. Минимально допустимое напряжение составляет 1,0 вольт.

Внутреннее сопротивление.

Внутреннее сопротивление аккумулятора не является постоянной величиной и зависит от многих факторов:

· Определяется конструкцией электродов (пластин) аккумулятора;

· Определяется степенью разряда аккумулятора. Активная масса пластин заряженного аккумулятора лучше проводит ток, чем активная масса разряженного;

· Зависит от количества карбонатов;

· Зависит от температуры. При понижении температуры увеличивается вязкость электролита и возрастает внутреннее сопротивление.

Внутреннее сопротивление влияет на величину напряжения аккумулятора. Кислотные аккумуляторы имеют меньшую величину внутреннего сопротивления, а поэтому допускают большие величины токов разряда и применяются в качестве стартерных аккумуляторов.

Емкость аккумулятора.

Емкость – это количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор (Е = 1,45 в) при разряде его определенным током (5 – часового режима), при определенной температуре (t = 18⁰) до конечного допустимого напряжения (1,0 v).

Q = I*t

Где Q – емкость, А*час;

I - ток разряда, А;

t – время разряда, час.

Емкость зависит от величины разрядного тока. Чем больше сила разрядного тока, тем меньше получается емкость. У щелочных аккумуляторов эта зависимость выражена слабее по сравнению с кислотными аккумуляторами.

Емкость зависит от температуры. С понижением температуры емкость уменьшается. Кислотные аккумуляторы быстрее теряют свою емкость по сравнению с щелочными.

Зависимость емкости от температуры кадмиево-никелевого и железо-никелевого аккумуляторов показана на рисунке. Очевидно, что кадмиево-никелевый аккумулятор лучше работает при низких температурах, так как меньше теряет емкость.

Емкость зависит от срока службы аккумулятора. Причина заключается в постепенном размывании электродов с последующим разрушением. Щелочные аккумуляторы более долговечны по сравнению с кислотными аккумуляторами и срок эксплуатации щелочных достигает 10 – 12 лет. Срок службы кадмиево-никелевых аккумуляторов больше.

Отдача по емкости.

Отдачей по емкости называют отношение количества ампер-часов, полученных при разрядке Q_p, к количеству ампер-часов сообщенных аккумулятору при зарядке Q_з.

η_е = Q_р/Q_з *100%

где

Q_р – емкость полученная от аккумулятора при разряде, ампер-часы;

Qз – емкость, сообщенная аккумулятору при зарядке, ампер-часы.

Величина η_е для кислотных аккумуляторов составляет 85-90%, а для щелочных – 60-70%.

Отдача по энергии.

Отдача по энергии характеризует способность аккумулятора эффективно возвращать полученную при заряде энергию.

η_э = η_е *U_р.ср./U_з.ср. %

где U_р.ср – среднее напряжение разряда;

U_з.ср. – среднее напряжение заряда.

Для кислотных аккумуляторов отдача составляет 75%, а для щелочных – 55-65%.

Величины отдачи по емкости и по энергии зависят от полноты заряда аккумулятора. Не смотря на то, что химические реакции в аккумуляторе полностью обратимы, но ампер - часовая отдача не равна 100%. Это происходит потому, что часть зарядного тока напрасно теряется на газообразование, а значит уменьшается и отдача аккумуляторов.

Мощность и энергия.

Мощность аккумулятора при разряде зависит от времени разряда, режима разряда, температуры и других факторов. Для аккумуляторов пользуются понятием энергии, выражаемой в ватт-часах.

W = Q_р* Uр.ср.

Среднее напряжение кислотного аккумулятора составляет примерно 1,9 вольта, а щелочного 1,2-1,25 вольта.

Саморазряд.

Саморазряд аккумуляторов определяется вредными реакциями, которые происходят на положительных и отрицательных пластинах. Саморазряду подвержены как кислотные, так и щелочные аккумуляторы. Кислотные аккумуляторы при температуре до +30 грд теряют до 1% емкости в сутки. При температурах ниже 0 грд саморазряд кислотных аккумуляторов происходит очень медленно. Щелочные аккумуляторы меньше подвержены саморазряду. При температурах -5 ÷ -10 грд железо-никелевые аккумуляторы за 30 суток теряют 7% емкости. С другой стороны, при температуре +40 грд за то же время они полностью теряют свою емкость.

Кадмиево-никелевые аккумуляторы при +40 грд теряют только 25% емкости, а при температурах ниже -10 грд саморазряд почти не происходит.

Практически можно считать, что саморазряд кадмиево-никелевых аккумуляторов за один месяц происходит на 15-20%, а железо-никелевых - 40÷60%. При равных условиях саморазряд железо-никелевых аккумуляторов больше, чем у никель кадмиевых. В условия комнатной температуры саморазряд щелочных аккумуляторов вначале происходит быстро, затем замедляется, а через 1,5÷2 месяца у кадмиево-никелевых совершенно прекращается.

Разрядные характеристики щелочных аккумуляторов

Работоспособность щелочных аккумуляторов зависит от условий их разряда. Наибольшее время разряда получается при разряде током 8-часового режима. Паспортное значение емкости щелочных аккумуляторов указываются для режимов разряда током 5-часового режима.

Нельзя разряжать аккумуляторы ниже номинального конечного напряжения. Конечное напряжение зависит от величины тока разряда:

- при разряде током 8÷5 – часового режима – конечное напряжение 1,0 вольт;

- при разряде током 3 – часового режима – конечное напряжение 0,8 вольт.

При больших значениях токов разряда допускаются меньшие значения конечного напряжения.

Зарядные характеристики щелочных аккумуляторов

Рассмотрим зарядные характеристики щелочных аккумуляторов. Заряд производится при постоянной силе тока 5-часового режима (паспортный зарядный ток). Зарядные процессы железо-никелевых и кадмиево-никелевых аккумуляторов различаются.

В начале заряда железо-никелевого аккумулятора напряжение вначале сравнительно быстро поднимается до 1,65÷1,67 вольта, а затем снижается до 1,6÷1,62 вольта. После этого напряжение заряда медленно поднимается до 1,81÷1,85 вольта. "Горб" кривой в начале заряда характерен для аккумуляторов без кадмия. Такой скачок напряжения объясняется поляризацией отрицательного железного электрода, в результате чего выделяется газообразный водород.

В кадмиево-никелевых аккумуляторах вначале напряжение быстро повышается с 1,0 вольта до 1,43 вольта, а затем почти две трети времени заряд идет при напряжении ниже 1,5 вольта. Лишь в конце заряда, когда аккумулятор получит 2/3 емкости, наблюдается резкое повышение напряжения. В этом плане характеристики кадмиево-никелевого и кислотного свинцового аккумуляторов похожи.