Факторы, влияющие на емкость аккумуляторной батареи

Из принципа работы свинцово-кислотного аккумулятора следует, что емкость аккумулятора определяется объемом активной массы и электролита. Но реально емкость батареи зависит еще и от множества конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. Емкость аккумуляторной батареи существенно снижается с уве­личением силы тока, что связано с резким уменьшением концентрации электролита в порах пластин, изолируемых сульфатом свинца Зависимость емкости от разрядного тока (рис. 1.2) описывается уравнением Пейкерта:

I t = κ

где n, κ - постоянные для данного типа батареи (n = 1,2-1,7); t - время разряда.

Емкость аккумуляторной батареи уменьшается с понижением температуры (рис. 1.3) из-за увеличения вязкости электролита и замедления поступления серной кислоты в поры активной массы. Так как емкость аккумуляторной батареи зависит от темпера­туры, то значения емкости, полученные при температуре Т, приво­дят к температуре 25 °С:

С₂₅ = ,

где С - емкость, приведенная к температуре 25 °С;

С - емкость, полученная при средней температуре Т;

0,01 - температурный коэффициент изменения емкости при температуре 18-27 °С.

Рис. 1.2.Зависимость емкости аккумуляторной батареи от разрядного тока

Рис. 1.3 Зависимость емкости аккумуляторной батареи от температуры электролита в режиме разряда

При известной начальной плотности электролита у₃ степень разряженности определяется по формуле:

ΔC = *100%

где γ текущая плотность электролита при температуре +25 °С, г/см³.

Подготовка аккумуляторной батареи к эксплуатации

Приготовление электролита. Существуют два способа приго­товления электролита. 1-й способ: концентрированная серная кис­лота плотностью 1,83 г/см³ добавляется в дистиллированную воду (но не наоборот). 2-й способ: электролит плотностью 1,40 г/см³ добавляется в дистиллированную воду или в электролит с плот­ностью, ниже необходимой. Следует учитывать, что плотность элек­тролита для различных времен года и климатических условий долж­на быть различной. Например, в районах с умеренным климатом (со среднемесячной температурой в январе минус 15...минус 8 °С) плотность электролита должна быть равна 1,26 ± 0,01 г/см³; в рай­онах с холодным климатом (со среднемесячной температурой в ян­варе минус 30...минус 15 °С) плотность электролита должна быть равна 1,28±0,01 г/см³.

Заливка батареи электролитом. Температура заливаемого электролита должна быть в пределах +15...+30 °С. Его плотность зависит от климатических условий эксплуатации батареи. Перед за­ливкой необходимо отвернуть вентиляционные пробки и удалить элементы, герметизирующие вентиляционные отверстия. Элект­ролит заливают до тех пор, пока он не достигнет нижнего торца ту­буса горловины крышки или определенного уровня выше предохранительного щитка (для традиционных аккумуляторных батарей уровень электролита равен 10 мм). Плотность электролита, зали­ваемого в новую батарею, должна быть на 0,02 г/см³ меньше той, которая должна быть в конце заряда для данной климатической зо­ны. Если через два часа после заливки сухозаряженной батареи плотность электролита будет на 0,03 г/см³ ниже плотности этого электролита через 20 минут после заливки, то батарею следует за­рядить, а затем скорректировать плотность электролита. Но жела­тельно все же заряжать батарею в любом случае.

Заряд аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи можно заряжать от любого источника постоянного тока при усло­вии, что его напряжение больше напряжения заряжаемой батареи. Для полного заряда батарея должна принять 150 % своей емкости. Различают два основных способа заряда: при постоянном токе и при постоянном напряжении.

Заряд при постоянном токе. Оптимальная сила тока заряда равна I₃ = 0,1С₂₀. При повышении температуры электролита до 45 °С необходимо снизить зарядный ток в два раза или прервать за­ряд для охлаждения электролита до 30-35 °С.

Методом заряда при постоянном токе можно заряжать п после­довательно включенных аккумуляторов при напряжении на выходе зарядного устройства U₃ > 2,7n.

Достоинствами данного метода являются: 1) простота зарядных устройств; 2) простота расчета количества электричества, сообща­емого батарее, которое, как известно, равно произведению тока и времени заряда.

Недостатком метода при малом токе заряда является большая длительность заряда, а при большом — плохая заряжаемость к кон­цу заряда и повышенная температура электролита.

Заряд при постоянном напряжении. Данный метод исполь­зуется, в частности, для заряда аккумулятора, уже установленного на автомобиле. Метод имеет два недостатка, проявляющихся в на­чале заряда полностью разряженных батарей: 1) зарядный ток дос­тигает 1,0-1,5 C ; 2) из-за большого зарядного тока перегревается аккумулятор. Поэтому для предохранения генератора от перегрузки на автомобиле устанавливаются ограничители тока.

Продолжительность заряда при использовании обоих методов одинакова. Недостатки, присущие этим методам, преодолеваются комбинированными способами заряда.

Заряд ступенчатым током (ступенчатый заряд). Способ за­ключается в том, что сначала заряд выполняют номинальным током до заданного напряжения, затем ток снижают в 2-3 раза и доводят заряд до конца. Используются двух-, трех- и четырехступенчатые режимы заряда.

Смешанный способ заряда. При данном способе сначала осу­ществляется заряд при постоянном токе, а затем - при постоянном напряжении.

Уравнительный заряд. Сущность заряда заключается в заряде при постоянном токе, равном 0,1С , до тех пор, пока плотность электролита и напряжение батареи не будут постоянными в течение 3-х часов. Такой заряд необходим для выравнивания степени заряженности всех аккумуляторов батареи и устранения сульфатации электродов. Явление сульфатации заключается в образовании крупных труднорастворимых кристаллов сернокислого свинца (сульфата свинца) на поверхности электродов и на стенках пор ак­тивного вещества. В результате сульфатации не все активное веще­ство электродов может участвовать в работе. Поэтому емкость бата­реи снижается. Сулъфатацию определяют по ЭДС аккумулятора. Если ЭДС аккумулятора, измеренная вольтметром, будет меньше ЭДС, подсчитанной по плотности, то электроды аккумулятора сульфатированы.

Форсированный заряд. Заряд производится током до 0,7С .При токе, равном 0,7С , время заряда - 30 мин; при токе 0,5С - 45 мин; при токе 0.ЗС - 90 мин. В процессе заряда при нагреве электролита до 45 °С дальнейший заряд необходимо прекращать. Форсированный заряд применяется в исключительных случаях.

Контрольный разряд аккумуляторной батареи. Он проводится для определения исправности полностью заряженной батареи. Сила разрядного тока поддерживается равной 0,1 C . Когда на зажимах одного из аккумуляторов напряжение понизится до 1,7 В (или 10,2 В на батарее), разряд заканчивают. Батарея считается исправной, если время разряда будет не менее 7,5 ч для батарей с электролитом плот­ностью 1,29 г/см³; 6,5 ч - для 1,27 г/см³; 5,5 ч - для 1,2.5 г/см³. В противном случае батарея является неисправной. К основным при­чинам плохой заряжаемости батарей относятся: 1) высыпание ак­тивной массы из решеток вследствие коробления последних при за­ряде большими токами, замерзании электролита и т.п.; 2) наличие в аккумуляторном электролите примесей веществ, которые, осаждаясь на электродах, экранируют часть их рабочей поверхности, препят­ствуя протеканию на ней основной токообразующеи реакции, и спо­собствуют усиленному разложению воды и газовыделению; 3) сульфатация электродов из-за хранения батареи в теплом поме­щении при высокой плотности электролита. Из-за систематических недозарядов батареи, высокого саморазряда, длительного бездейст­вия батареи в разряженном (частично или полностью) состоянии, снижения уровня электролита ниже верхней кромки электродов возникает необратимая сульфитация.

Устранение сульфитации электродов. Сульфатацию устраняют несколькими циклами разряда-заряда при малой плотности электроли­та (1,11-1,12 г/см³). Заряд производят током не более 0,05 С ам­пер, доводят плотность электролита до нормы, а затем проводят контрольный разряд батареи при силе тока 0,1 С - Разряд закан­чивают, когда на зажимах одного из аккумуляторов напряжение понизится до 1,7 В (или 10,2 В на батарее). Батарея считается ис­правной, если время разряда будет не менее 7,5 ч для батарей с электролитом плотностью 1,29 г/см³; 6,5 ч - для 1,27 г/см³; 5,5 ч - для 1,25 г/см³. В противном случае батарею подвергают не­скольким циклам заряда-разряда. Если при повторных циклах вре­мя разряда не увеличивается, то батарея требует ремонта.

Хранение аккумуляторных батарей. Новые, не залитые элект­ролитом батареи хранятся при температуре не ниже -50 °С. Макси­мальный срок хранения сухих батарей — три года. Заряженные ба­тареи с электролитом хранятся, по возможности, при температуре не выше 0 °С. Минимальная температура их хранения: -30 °С. При чрезмерно низких температурах электролит может замерзнуть. При плотности электролита γ25 ⁼ 1,31 г/см³ электролит замерзает при температуре ниже -40 °С; при γ25 ⁼ 1.27 г/см³ электролит замерзает при температуре до -30 °С. Срок хранения батарей с электролитом при отрицательной температуре - до 1,5 лет, при положительной температуре - до 9 месяцев. Батарею не рекомендуется ставить на длительное хранение, если ее контрольный разряд током 0,1 С при температуре 25 °С и плотности электролита 1,24; 1,26; 1,28 г/см³ длится менее 5,5; 6,5 и 7,5 часов соответственно. Перед постановкой на хранение несухозаряженной батареи необходимо:

1) полностью зарядить батарею;

2) скорректировать плотность электролита;

3) если потребовалась коррекция плотности, то следует подзарядить батарею в течение 30 минут для выравнивания плотности электролита по объему каждой банки;

4) удалить с батареи токопроводящий слой, используя для этого раствор питьевой соды или нашатыря.

1.1.6. Условное обозначение аккумуляторных батарей емкостью свыше 30 А*ч

Обозначение состоит из букв и цифр, расположенных в сле­дующем порядке:

1) цифра, указывающая число последовательно соединенных ак­кумуляторов в батарее (цифра 3 - в 6-вольтовой батарее и цифра 6 - в 12-вольтовой батарее):

2) буква, обозначающая тип электрохимической системы (С - свинцовая);

3) буква, обозначающая назначение батареи (Т — стартерная);

4) дефис;

5) число, указывающее номинальную емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом режиме разряда;

6) буквы или цифры, которые содержат дополнительные све­дения об использовании батареи (Н — несухозаряженная; 3 - зали­тая электролитом и заряженная; Л — необслуживаемая) и приме­няемых для ее изготовления материалах (А - пластмассовый моно­блок с общей крышкой; Э - моноблок из эбонита; Т - моноблок из термопласта; П - моноблок из полиэтилена; М - сепаратор из поливинилхлорида типа "минпласт"; Р - сепаратор из мипора; Ф - хладостойкая мастика).

Например, условное обозначение батареи "6СТ-55ЭМ" указыва­ет на то, что батарея состоит из 6 последовательно соединенных аккумуляторов свинцовой электрохимической системы, предназна­чена для стартерного пуска двигателя, номинальная емкость батареи равна 55 ампер-часам при 20-часовом режиме разряда, корпус бата­реи сделан из эбонита, сепаратор - из мипласта.

Кроме условного обозначения, маркировка батареи должна со­держать:

—товарный знак завода-изготовителя;

—знаки полярности "+" и (или) "-";

—месяц и год изготовления;

—массу батареи в состоянии поставки.

На аккумуляторных батареях с. общей крышкой дополнительно маркируют номинальную емкость в ампер-часах и номинальное на­пряжение в вольтах. Если ток стартерного разряда превышает но-минальную емкость более чем в три раза, то его величина также указывается в составе маркировочных данных.