Емкость

При разряде и заряде аккумулятор отдает во внешнюю цепь или получает от зарядного устройства определенное количество электричества. Количество электричества, отдаваемое аккумуляторной батареей в пределах допустимого разряда, называют разрядной емкостью:

При постоянной силе тока

С_Р = i_P · τ_P

Зарядная емкость

При постоянной силе тока

С_З = i_З · τ_З

где т₃ - продолжительность заряда.

Разрядная емкость зависит от количества заложенных в аккумуляторе ак­тивных материалов и степени их использования. Количество активных матери­алов в стартерных аккумуляторных батареях даже при номинальных разрядных токах в 2-3 раза превышает теоретически необходимое. Полное использование заложенных в батареи активных материалов невозможно, так как обеднение электролита в порах и резкое снижение напряжения происходит раньше, чем израсходуются внутренние слои пористых активных веществ электродов и сер­ная кислота электролита в моноблоке. Коэффициент использования активных материалов свинцового аккумулятора зависит от условий разряда. Его снижение происходит при увеличении плотно­сти разрядного тока и понижении температуры. При длительных режимах раз­ряда свинцовых аккумуляторов в течение 20-50 ч использование активных ма­териалов составляет 50-60%, тогда как при коротких стартерных разрядах 5-10%.

Рис. 2.34. Изменение разрядной емкости батареи 6СТ-82 с изменением силы разрядного тока и температуры электролита при степени разряженности ΔСр=0%

С увеличением электропроводности электролита, пористости активных веществ, с уменьшением толщины электродов и плотности тока использование активных материалов выше. При равных значениях начальной и конечной пористости лучше используется активное вещество положительных электродов.

При высоких плотностях активного вещества имеют место неравномерное распределение поляризации по толщине электродов и замедление процесса по­ступления серной кислоты в зоны реакции. Вследствие закупорки пор сульфа­том свинца, разрядный процесс протекает в основном на наружной поверхности электродов, где плотность тока может быть более чем в 10 раз выше ее значе­ния в толще активного вещества.

Неполное (на 60-65%) использование активных веществ при малых плотно­стях разрядного тока связано с изоляцией отдельных участков пористого веще­ства электродов сульфатом свинца и, как следствие, отсутствием единого электронопроводящего каркаса электрода.

В аккумуляторах, предназначенных для работы в стартерных режимах разря­да, использование активных материалов и отдача по емкости могут быть повы­шены за счет снижения толщины электродов.

Емкость аккумулятора определяется суммарной емкостью электродов. При стартерных разрядах емкость, как правило, уменьшается из-за пассивации отри­цательного электрода. Особенно это характерно для низких температур. При длительных режимах разряда влияние обоих типов разнополярных электродов на отдачу батареи по емкости соизмеримо. При длительных режимах разряда поло­жительный электрод может лимитировать отдачу по емкости, если запас элект­ролита недостаточен. Причиной ограничения емкости положительным электро­дом при коротких режимах разряда может быть замедление диффузии электро лита в поры активного вещества.

Использование активных материа­лов зависит от конструкции электро­дов, материала сепараторов, плотно­сти и температуры электролита, силы тока и режима разряда (прерывистый, непрерывный, ступенчатый).

Рис. 2.35. Зависимость времени разряда необ­служиваемой батареи 6СТ-55АЗ от силы раз­рядного тока при различных температурах электролита

0 100 200 300 400 1р,А

Рис. 2.36. Зависимость емкости необслужива­емой батареи 6СТ-110А при начальной степе­ни заряженности 100% от силы разрядного тока при различных температурах

Разрядная емкость уменьшается с увеличением разрядного тока, так как большее количество и более плотная масса сульфата свинца откладывается на поверхности электродов, изолируя активное вещество от контакта с электролитом (рис. 2.34 - 2.36). Ис­пользование активных веществ при большой силе тока составляет 5-10%. Разрядная емкость уменьшается также с понижением температуры. При низких температурах увеличива­ется вязкость электролита и замедля­ется скорость поступления серной ки­слоты в поры активных веществ. Нап­ряжение разряда падает быстрее и большая часть активного вещества остается неиспользованной. Напря­жение аккумуляторной батареи с по­нижением температуры падает также вследствие замедления электролити­ческой диссоциации и уменьшения ионной проводимости электролита. При малой силе тока до 0,1С₂₀ А и температурах выше 0°С снижение ем­кости на 1°С приводит к уменьшению разрядной емкости на 0,6-0,7%. При низких температурах (ниже 0°С) в стартерных режимах разряда сниже­ние емкости на 1°С достигает 2%. Свинцовые аккумуляторные батареи работоспособны при стартерных раз­рядах до температуры -(30-35)°С.

Степень снижения емкости с уменьшением температуры меньше при использо­вании электролита с большей концентрацией серной кислоты.

Разрядная емкость может быть увеличена за счет пористой структуры элект­родов. При разряде пористость уменьшается, так как удельный объем сульфата свинца больше удельных объемов губчатого свинца (в 2,68 раза) и диоксида свин­ца (в 1,86 раза). Уменьшение сечения пор при разряде затрудняет проникновение серной кислоты в поры электродов и ограничивает использование активных ма­териалов, особенно при разряде большими токами. Активную поверхность элект­родов увеличивают, устанавливая большее число электродов меньшей толщины.

Так как разрядная емкость зависит от условий разряда, номинальной для стартерных свинцовых аккумуляторных батарей емкостью, гарантируемой за­водом-изготовителем, считается емкость 20-часового режима разряда. Разряд батарей при испытании на емкость 20-часового режима разряда проводят не­прерывно током силой iр=0,05С₂₀ А до конечного разрядного напряжения на клеммах 5,25 В у 6-вольтовой и 10,5 В у 12-вольтовой батареи. Температура электролита при разряде должна находиться в интервале от 1 8 до 27°С.

Емкость вычисляют по формуле:

C_t=0,05C₂₀ τ_p,

где C_t - емкость, отданная батареей в пределах допустимого разряда, А-ч;

τ_p - продолжительность разряда до конечного разрядного напряжения, ч.

Полученную емкость C_t приводят к емкости при температуре 25°С:

где С₂₅ - емкость, приведенная к температуре 25°С, А-ч;

t_СР - средняя температура между начальной и конечной температурами электролита при разряде, °С;

0,01 - температурный коэффициент изменения емкости в интервале темпе­ратур от 18 до 27°С.

Перед проверкой на емкость 20-часового режима батарею полностью заря­жают. Заряд проводят током силой 1₃=0,1С₂₀ А до напряжения не менее 2,4 В на каждом аккумуляторе, после чего ток уменьшают на 50% от первоначального и доводят до состояния полного заряда. Заряд проводят до достижения обильно­го газовыделения и постоянства напряжения и плотности электролита в тече­ние 2 ч, после чего при непрекращающемся заряде корректируют плотность электролита в аккумуляторах до (1,28±0,01) г/см³ при 25°С и уровень электро­лита в соответствии с технической документацией по эксплуатации. Заряд при температуре, превышающей 45°С, не допускается.

Необслуживаемые батареи заряжают при температуре окружающей среды (25±5)°С при постоянном напряжении (14,4±0,1) В не менее 24 и не более 30 ч, причем сила тока не должна превышать I₃=0,05C₂₀ А,

Емкость батарей, определяемая при 20-часовом режиме разряда не позже четвертого цикла, должна быть не менее 95%, а необслуживаемых - 100% от номинального значения. Важным для эксплуатации показателем является «резервная емкость». По этому показателю можно оценивать способность аккумуляторной батареи обес­печить необходимый минимум электрической нагрузки на автомобиле в случае выхода из строя генератора. Минимум электрической нагрузки складывается из токов, потребляемых системами зажигания и освещения, стеклоочистителем и контрольно-измерительными приборами в режиме движения «зима, ночь», и составляет величину порядка 25 А.

Резервная емкость определяется временем разряда в минутах полностью за­ряженной батареи при температуре (27±5)°С током силой (25+0,25) А до конеч­ного напряжения на аккумуляторе, равного 1,75 В. Нормативный показатель «резервная емкость» обеспечивает большее соответствие режима испытания батареи условиям эксплуатации ее на автомобиле. Характеристики стартерного разряда аккумуляторной батареи удобно оцени­вать по силе тока холодной прокрутки. Он представляет собой максимальный разрядный ток, который батарея может обеспечить при температурах -18°С и -23°С в течение 30 с, сохраняя напряжение не менее 1,2 В на каждом аккуму­ляторе (7,2 В в случае 12-вольтовой батареи). Показатель «ток холодной про­крутки» позволяет упростить подбор аккумуляторной батареи для автомобилей на стадии их проектирования: определив силу тока, потребляемую электро­стартером при пуске двигателя, можно подобрать батарею из условия, чтобы эта сила тока не превышала силу тока холодной прокрутки.

Дата добавления: 2014-01-07