К основным электрическим характеристикам свинцовых аккумуляторов относятся электродвижущая сила, напряжение, емкость, внутреннее сопротивление, отдача и саморазряд.

Э. д. с. и напряжение. Активные вещества положительных и отрицательных пластин свинцового аккумулятора обладают определенными потенциалами относительно электролита. Большим потенциалом обладает двуокись свинца РЬ02, меньшим - губчатый свинец РЬ. В результате возникает разность потенциалов между разноименными полюсами аккумулятора. Эта разность потенциалов при отключенной нагрузке равна э. д. с. аккумулятора. Потенциалы электродов, а значит, и э. д. с. аккумулятора не зависят от количества активных веществ на пластинах. Э. д. с. свинцового аккумулятора главным образом зависит от плотности его электролита: Е = 0,85 + й, где (1 - плотность электролита в порах активной массы пластин.

У разряженного стационарного аккумулятора (I = 1,17 г-;см3, Е = 0,85 + 1,17 = 2,02 В, у заряженного (1 = 1,21 г/см3, Е = = 0,85 + 1,21 - 2,06 В, т. е. при разряде и заряде э. д. с. свинцового аккумулятора изменяется относительно мало. Поэтому по значению э. д. с. нельзя определить степень разряженности свинцового аккумулятора.

Напряжение аккумулятора при заряде ?/3 = Е + /3 ^о. ПРИ Раз' ряде <Ур = Е - /рг0, где /8, /р - соответственно токи заряда и разряда; л0 - внутреннее сопротивление аккумулятора.

Кривая изменения напряжения свинцового аккумулятора при его заряде током постоянного значения представлена на рис. 213, а. На первом этапе заряда, когда восстанавливаются поверхностные слои активных масс, напряжение аккумулятора увеличивается быстро (до 2,12 В), а затем медленнее (до 2,3 В).

На втором этапе заряда, когда восстанавливаются внутренние слои активных масс, напряжение аккумулятора быстро увеличивается с 2,3 до 2,7 В, после чего заряд прекращают.

Внутренние слои активных масс не соприкасаются с внешним электролитом, что затрудняет их восстановление. Поэтому при напряжении 2,3 В целесообразно уменьшить зарядный ток. Если этого не сделать, то ток, поступающий в аккумулятор, будет использоваться не полностью. Значительная часть этого тока будет разлагать воду электролита на кислород и водород, начнется газовыделение и пластины начнут портиться.

Криные изменения напряжения свинцового акку-мулятора
Рис. 213. Криные изменения напряжения свинцового акку-мулятора

При разряде активные массы аккумулятора поглощают из электролита серную кислоту и превращаются в сернокислый свинец РЬБО.,. Г1о мере разряда поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом, затрудняющим проникание серной кислоты к внутренним слоям активных масс. В результате этого снижаются плотность электролита в порах пластин, э. д. с. и напряжение свинцового аккумулятора (рис. 213. б). Разряд аккумулятора обычно заканчивается при напряжении 1,8 В

При дальнейшем разряде серная кислота почти не проникает к внутренним слоям активных масс, и напряжение аккумулятора быстро падает Кроме этого, глубокие разряды приводят к чрезмерной сульфитации пластин, к повреждению аккумуляторов

Аккумуляторы можно разряжать токами разного значения. Увеличение разрядного тока приводит к более резкому снижению э. д. с. и напряжения свинцового аккумулятора, и наоборот, снижение разрядного тока позволяет получить от аккумулятора более стабильное напряжение почти на всем интервале времени разряда.

Номинальное напряжение свинцового аккумулятора принимают равным 2 В На напряжения свинцового аккумулятора влияет температура электролита При снижении температуры электролит в аккумуляторе становится более вязким, а его частицы - менее подвижными Это ухудшает диффузию электролита и вызывает более крутой подъем и спад кривой напряжения.

Емкость. Различают разрядную и зарядную емкости аккумулятора. Разрядной емкостью называют количество электричества, отдаваемое им при разряде до установленного конечного напряжения, которое у стационарных свинцовых аккумуляторов равно 1,8 В при нормальном режиме разряда и 1,75 В при ускоренном режиме разряда (0,25 2 ч)

Разрядная емкость <5 - /р^р, где - время разряда.

Зарядную емкость аккумуляторы получают в процессе заряда от других источников электрической энергии.

Разрядная емкость свинцового аккумулятора зависит от числа и формы его активных пластин, режима заряда и разряда, температуры электролита С увеличением количества активных веществ РЬ02 и РЬ емкость аккумулятора увеличивается Активные вещества долж ны быть равномерно распределены по всей поверхности пластин достаточно тонким слоем. При этом условии обеспечивается хороший доступ электролита ко всей массе активных веществ, достигается максимальная разрядная емкость.

При ускоренном заряде активные вещества восстанавливаются не полностью, в результате чего уменьшаются зарядная, а следовательно, и разрядная емкости В условном обозначении аккумуляторных батарей и в приведенных электрических характеристиках для различных типов аккумуляторов указывают номинальную емкость. Она соответствует определенному разрядному режиму. Номинальную емкость стационарных свинцовых аккумуляторов определяют при 10-часовом разряде до напряжения 1,8 В при температуре электролита т 25 "С.

Номинальная емкость стационарного аккумулятора типа С-1 36 А • ч. Этой емкости соответствует разрядный ток /р -- 36/10 = = 3,6 А. Если изменить разрядный ток или температуру электролита, то изменится и емкость аккумулятора. При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается. Это объясняется тем, что при больших разрядных токах поверхностные слои активных масс быстро переходят в сернокислый свинец РЬБО,, который ограничивает доступ электролита к внутренним слоям активных веществ, не позволяет отдать этим слоям накопленную энергию. В результате этого активные вещества пластин используются не полностью и аккумулятор разряжается до конечного напряжения преждевременно.

Степень использования активных масс аккумулятора характеризуется коэффициентом р,. который показывает, какую часть номинальной емкости (в процентах) можно получить от аккумулятора при данном режиме разряда. Например, при разряде током 9 А аккумулятор типа С-1 имеет емкость 27 А • ч, а коэффициент р, = 27/36 X /100% - 75%.

Чем больше разрядный ток, тем хуже используются активные массы аккумулятора и тем меньше коэффициент р,. В табл. 13 приведены данные о емкости аккумуляторов типа С при различных режимах разряда.

Чем ниже температура электролита, тем меньше подвижность частиц электролита и емкость аккумулятора. Повышение температуры способствует увеличению емкости аккумуляторов. При температуре выше -1-40 °С положительные пластины коробятся и резко увеличивается саморазряд аккумуляторов. Поэтому в аккумуляторных помещениях должна поддерживаться температура от 1 15 до ' 35 “С.

Номинальная емкость свинцового аккумулятора при температуре электролита 4 25 °С и 10-часовом режиме разряда

где /р - разрядный ток, А;

1р - время разряда аккумулятора, ч;

Т - фактическая температура электролита при разряде, СС.

В течение срока службы аккумулятора его емкость не остается постоянной. В начале эксплуатации происходит дополнительное образование активных масс на пластинах аккумулятора и его емкость увеличивается до 130% номинального значения. При дальнейшей эксплуатации емкость аккумулятора снижается из-за выкрашивания активной массы положительных пластин. Снижение емкости до 80- 75% номинального значения считают окончанием срока службы аккумулятора.

Внутреннее сопротивление. У свинцовых аккумуляторов внутреннее сопротивление мало, вследствие чего их аккумуляторы можно разряжать большими токами. Аккумуляторы будут иметь незначительное внутреннее падение напряжения Д(1 = /рг0. Внутреннее сопротивление постоянному току аккумуляторов типа С в заряженном состоянии г0 = 0,0046/А и в разряженном г„ = 0,006/N.

Отдача и саморазряд. Отдачей аккумуляторов по емкости называют отношение количества электричества, отданного аккумулятором при разряде, к количеству электричества, полученному во время заряда. Если заряд и разряд аккумулятора осуществляются токами постоянного значения, то отдача аккумулятора по емкости

Т)д =<2р/<?з = /р ^р/(Л» У ,

где (?р, Iр, - соответственно емкость, ток и время разряда;

Фз. А, -• соответственно емкость, ток и время заряда.

Так как во время заряда некоторая часть электричества затрачивается на разложение воды и саморазряд, отдача аккумулятора по емкости меньше единицы. Для стационарных свинцовых аккумуляторов т]<э = 0,844-0,9. Отношение электрической энергии, отданной

Таблица 13

Разряд длительностью, ч

Тин аккумуляторов, для которого можно применять данный режим

Ток разряда, А

Отдаваемая емкость, А-ч

Коэффициент отдачи емкости, %

Наименьшее напряжение в конце разряда, В

10

с-а

3,6А

36А

100

і

7,5

СЗ-А

4,4А

ЗЗА

91,7

18

5

СК-Л'

ЗОА

83,3

I 1,8

3

СКЭ-А

27 А

75

I

2

СЗ-А

ПА

22А

61,1

]

1

ск-а

18,5 А

18,5А

51,4

1 I 7^

0,5

СКЭ-А

25А

12,5 А

35

0,25

-

32А

22,2

I

Примечание. Лг - индекс аккумулятора.

аккумулятором при разряде, к электрической энергии, полученной им во время заряда, называют отдачей аккумулятора по энергии, или коэффициентом полезного действия аккумулятора: г)» = Нр/р^р1 Н3/3?3, гДе ир, из - соответственно среднее разрядное и зарядное напряжение. Для свинцовых аккумуляторов ?/р = 2 В; ?/3 = 2.4 В.

Кроме потерь энергии на разложение воды и саморазряд, отдача аккумулятора по энергии учитывает потери энергии на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Поэтому отдача аккумулятора по энергии меньше отдачи по емкости. Для стационарных свинцовых аккумуляторов тцг = 0,654-0,7.

Аккумуляторы, как и первичные элементы, подвержены саморазряду. Этот процесс приводит к бесполезному расходованию активных веществ пластин, снижает отдачу аккумулятора. Саморазряд вызывается неоднородностью пластин, наличием в электролите вредных примесей (хлора, мышьяка, железа и др.), коррозией электродов, несовершенством изоляции внешних выводов, неодинаковой плотностью электролита в сосуде.

Свинцовая основа пластины и ее активное вещество имеют различные химические свойства. Поэтому между ними возникают разность потенциалов и местные токи, вызывающие изменение активных веществ пластин, снижение разрядной емкости. Местные токи в пластинах возникают также в результате неодинаковой плотности электролита в различных частях сосудов. Плотность электролита в нижней части сосудов обычно выше, чем в верхней части. Саморазряд свинцовых аккумуляторов зависит от температуры электролита. При положительной температуре (до 30 °С) неработающие свинцовые аккумуляторы теряют за сутки приблизительно 1 % емкости. При температуре больше 30 °С саморазряд свинцовых аккумуляторов резка увеличивается. Интенсивность саморазряда снижается при отрицательных температурах (от 0 до -30 °С).

Электролит и химические процессы в свинцовых аккумуляторах | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Аккумуляторные батареи