Акумуляторні батареї – електричні характеристики акумуляторних батарей. Електричні характеристики акумуляторних батарей ЕДС батареї формула

У розпал навчального року багатьом ученим діячам потрібна ЕС формула для різних розрахунків. Експерименти, пов'язані з , так само потребують інформації про електрорушійну силу. Але для початківців не так просто зрозуміти, що це таке.

Формула знаходження ЕДС

Насамперед розберемося з визначенням. Що означає ця абревіатура?

ЕРС або електрорушійна сила – це параметр, що характеризує роботу будь-яких сил не електричної природи, що працюють у ланцюгах, де сила струму як постійного, так і змінного однакова по всій довжині. У зчепленому струмопровідному контурі ЕРС дорівнює роботі цих сил по переміщенню єдиного плюсового (позитивного) заряду вздовж всього контуру.

Нижче на малюнку представлена ​​ЕС формула.

Аст означає роботу сторонніх сил в джоулях.

q – це заряд, що переноситься в кулонах.

Сторонні сили– це сили які виконують поділ зарядів у джерелі й у результаті утворюють з його полюсах різницю потенціалів.

Для цієї сили одиницею виміру є вольт. Позначається у формулах вона буквою « E».

Тільки в момент відсутності струму в батареї, електрорушійна сі-а дорівнюватиме напрузі на полюсах.

ЕРС індукції:

ЕРС індукції у контурі, що маєNвитків:

Під час руху:

Електрорушійна сила індукції в контурі, що обертається в магнітному полі зі швидкістюw:

Таблиця значень

Просте пояснення електрорушійної сили

Припустимо, що в нашому селі є водонапірна башта. Вона повністю наповнена водою. Думатимемо, що це звичайна батарейка. Башта – це батарейка!

Вся вода чинитиме сильний тиск на дно нашої вежі. Але сильним воно буде тільки тоді, коли ця будова повністю наповнена H2O.

У результаті чим менше води, тим слабшим буде тиск і тиск струменя буде менше. Відкривши кран, зауважимо, що щохвилини дальність струменя скорочуватиметься.

В результаті цього:

1. Напруга - це сила з якою вода тисне на дно. Тобто тиск.
2. Нульова напруга – це дно вежі.

З батареєю все аналогічно.

Насамперед підключаємо джерело з енергією в ланцюг. І відповідно замикаємо її. Наприклад, вставляємо батарею у ліхтарик і вмикаємо його. Спочатку зауважимо, що пристрій горить яскраво. Через деякий час його яскравість помітно знизиться. Тобто електрорушійна сила зменшилася (витекла якщо порівнювати з водою у вежі).

Якщо брати в приклад водонапірну вежу, то ЕРС це насос, що гойдає воду в вежу постійно. І вона там ніколи не закінчується.

ЕДС гальванічного елемента – формула

Електрорушійну силу батареї можна обчислити двома способами:

• Виконати розрахунок із застосуванням рівняння Нернста. Потрібно розрахувати електродні потенціали кожного електрода, що входить у ГЕ. Потім обчислити ЕРС за формулою.
• Порахувати ЕРС формулі Нернста для сумарної струму утворює реакції, що протікає під час роботи ГЕ.

Таким чином озброївшись даними формулами, розрахувати електрорушійну силу батарейки буде простіше.

Де використовуються різні види ЕРС?

1. П'єзоелектрична застосовується при розтягуванні або стисканні матеріалу. За допомогою неї виготовляють кварцові генератори енергії та різні датчики.
2. Хімічна використовується в акумуляторах.
3. Індукційна у момент перетину провідником магнітного поля. Її властивості застосовують у трансформаторах, електричних двигунах, генератори.
4. Термоелектрична утворюється у момент нагрівання контактів різнотипних металів. Своє застосування вона знайшла у холодильних установках та термопарах.
5. Фото електрична використовується для продукування фотоелементів.

Акумулятор(Елемент) - складається з позитивних і негативних електродів (свинцевих пластин) і сепараторів розділяють ці пластини, встановлених в корпус і занурених в електроліт (розчин сірчаної кислоти). Накопичення енергії в акумуляторі відбувається при протіканні хімічної реакції окиснення - відновлення електродів.

Акумуляторна батареяскладається з 2 і більше послідовно або (і) паралельно з'єднаних між собою секцій (акумуляторів, елементів) для забезпечення потрібної напруги та струму.Вона здатна накопичувати, зберігати та віддавати електроенергію, забезпечувати запуск двигуна, а також живити електроприлади при двигуні, що не працює.

Свинцево-кислотна акумуляторна батарея- акумуляторна батарея, в якій електроди виготовлені головним чином зі свинцю, а електроліт є розчином сірчаної кислоти.

Активна маса- це складова частина електродів, яка зазнає хімічних змін під час проходження електричного струму під час заряду-розряду.

Електрод- провідний матеріал, здатний при реакції з електролітом виробляти електричний струм.

Позитивний електрод (анод) -електрод (пластина) активна маса якого у зарядженої батареї складається з двоокису свинцю (PbO2).

Негативний електрод (катод) -електрод, активна маса якого у зарядженої батареї складається із губчастого свинцю.

Ґрати електродаслужить для утримання активної маси, а також для підведення та відведення струму до неї.

Сепаратор -матеріал, який використовується для ізоляції електродів один від одного.

Полюсні висновкислужать для підведення зарядного струму і його віддачі під загальною напругою батареї.

Свинець -(Рb) - хімічний елемент четвертої групи періодичної системи Д. І. Менделєєва, порядковий номер 82, атомна вага 207,21, валентність 2 і 4. Свинець - синювато - сірий метал, питома вага його, що у твердому вигляді становить 11,3 г /см 3 зменшується при розплавленні в залежності від температури. Найбільш пластичний серед металів, він добре прокочується до найтоншого листа і легко кується. Свинець легко піддається механічній обробці, належить до легкоплавких металів.

Оксид свинцю(IV)(діоксид свинцю) PbO 2 являє собою темно-коричневий важкий порошок, що має тонкий характерний запах озону.

Сурмає метал сріблясто-білого кольору з сильним блиском, кристалічної будови. На противагу свинцю - це твердий метал, але дуже тендітний, що легко дробиться на шматки. Сурма значно легша за свинець, її питома вага 6,7 г/см 3 . Вода та слабкі кислоти на сурму не діють. Вона повільно розчиняється у міцній соляній та сірчаній кислотах.

Пробки осередківзакривають отвори вічок у кришці батареї.

Пробка центральної вентиляціїслужить для перекриття газовідвідного отвору кришці батареї.

Моноблок- це поліпропіленовий корпус батареї, розділений перегородками окремі осередки.

Дистильована водадоливається в батарею для відшкодування її втрат внаслідок розкладання води чи випаровування. Для доливання акумуляторних батарейслід використовувати лише дистильовану воду!

Електролітє розчином сірчаної кислоти в дистильованій воді, який заповнює вільні обсяги осередків і проникає в пори активної маси електродів і сепараторів.

Він здатний проводити електричний струм між зануреними в нього електродами. (Для середньої лінії Росії щільністю 1.27-1.28 г/см3 при t=+20°С).

Малорухомий електроліт:Щоб знизити небезпеку від електроліту, що вилився з батареї, застосовують засоби, що знижують його плинність. До електроліту можуть бути додані речовини, які перетворюють його на гель. Іншим способом зниження рухливості електроліту є застосування скломатів як сепаратори.

Відкритий акумулятор - акумулятор, що має пробку з отвором, через який доливається дистильована вода, та видаляються газоподібні продукти. Отвір може бути забезпечений системою вентиляції.
Закритий акумулятор- акумулятор, який закритий у звичайних умовах, але має пристрій, що дозволяє виділятися газу, коли внутрішній тиск перевищує встановлене значення. Зазвичай додаткове заливання електроліту в такий акумулятор неможливе.
Сухозаряджена батарея- акумуляторна батарея, що зберігається без електроліту, пластини (електроди) якої перебувають у сухому зарядженому стані.

Трубчаста (панцирна) пластина- Позитивна пластина (електрод), яка складається з комплекту пористих трубок, заповнених активною масою.

Запобіжний клапан- деталь вентиляційної пробки, що дозволяє виходити газу у разі надлишкового внутрішнього тиску, але не допускає надходження повітря в акумулятор.

Ампер-година (А·год)- це міра електричної енергії, що дорівнює добутку сили струму в амперах на якийсь час у годинах (ємності).

Напруга акумулятора- Різниця потенціалів між виводами акумулятора при розряді.
Місткість акумуляторної батареї- кількість електричної енергії, що віддається повністю зарядженим акумулятором при його розряді до досягнення кінцевої напруги.

Внутрішній опір- Опір струму через елемент, виміряний в Омах. Воно складається з опору електроліту, сепараторів та пластин. Головною складовою є опір електроліту, який змінюється зі зміною температури та концентрації сірчаної кислоти.

Щільність електроліту - ето характеристика фізичного тіла, що дорівнює відношенню його маси до займаного обсягу. Вона вимірюється, наприклад, кг/л або г/см3.

Строк служби батареї- Період корисної роботи батареї в заданих умовах.
Газовиділення- газоутворення у процесі електролізу електроліту.

Саморозряд- мимовільна втрата ємності акумулятором у спокої. Швидкість саморозряду залежить від матеріалу пластин, хімічних домішок в електроліті, його густини, від чистоти батареї та тривалості її експлуатації.

ЕРС батареї(електрорушійна сила) - це напруга на полюсних висновках повністю зарядженої акумуляторної батареї при розімкнутому ланцюзі, тобто при повній відсутності струмів заряду або розряду.

Цикл- одна послідовність заряду та розряду елемента.

Утворення газів на електродах свинцевого акумулятора. Особливо рясно виділяється у кінцевій фазі заряду свинцевого акумулятора.

Гелеві акумулятори- це герметизовані свинцево-кислотні акумулятори (не герметичні, тому що невелике виділення газів при відкритті клапанів все-таки відбувається), закриті, що повністю не обслуговуються (не доливаються) з гелеподібним кислотним електролітом (технології Dryfit і Gelled Electrolite-Gel).

Технологія AGM(Absorbed Glass Mat) - поглинаючі прокладки зі скловолокна.

Віддача з енергії- відношення кількості енергії, що віддається при розряді акумулятора, до кількості енергії, необхідної для заряду до початкового стану при певних умов. Віддача енергії для кислотних акумуляторів при звичайних умовах експлуатації дорівнює 65%, а для лужних 55 - 60%.
Енергія питома- енергія, що віддається акумулятором при розряді в розрахунку на одиницю його об'єму V або маси m, тобто W = W/V або W = W/m. Питома енергія кислотних акумуляторів дорівнює 7-25, нікель-кадмієвих 11-27, нікель-залізних 20-36, срібно-цинкових 120-130 Вт * год / кг.

Коротке замикання в акумуляторахвідбувається при електричному з'єднанні пластин різної полярності.

Чи можна по ЕРС точно судити про рівень зарядженості акумулятора?

Електрорушійною силою (ЕРС) акумулятора називається різниця його електродних потенціалів, виміряна при розімкнутому зовнішньому ланцюгу:

Е = φ+ - φ-

де φ+ і φ– – відповідно потенціали позитивного та негативного електродів при розімкнутому зовнішньому ланцюзі.

ЕРС батареї, що складається з n послідовно з'єднаних акумуляторів:

У свою чергу, електродний потенціал при розімкнутому ланцюзі в загальному випадку складається з рівноважного електродного потенціалу, що характеризує рівноважний (стаціонарний) стан електрода (за відсутності перехідних процесів в електрохімічній системі) і потенціалу поляризації.

Цей потенціал у випадку визначається як різницю між потенціалом електрода при розряді чи заряді та її потенціалом у рівноважному стані без струму. Однак слід зазначити, що стан акумулятора відразу після вимкнення зарядного або розрядного струму не є рівноважним внаслідок відмінності концентрації електроліту в порах електродів та міжелектродному просторі. Тому електродна поляризація зберігається в акумуляторі досить тривалий час і після відключення зарядного або розрядного струму і характеризує в цьому випадку відхилення електродного потенціалу від рівноважного значення за рахунок перехідного процесу, тобто в основному внаслідок дифузійного вирівнювання концентрації електроліту в акумуляторі з моменту розмикання зовнішньої рівноважного стаціонарного стану в акумуляторі.

Хімічна активність реагентів, зібраних в електрохімічну систему акумулятора, і, отже, зміна ЕРС акумулятора дуже залежить від температури. При зміні температури від -30°С до +50°С (в робочому діапазоні для АКБ) електрорушійна сила кожного акумулятора в батареї змінюється всього на 0,04 В і при експлуатації акумуляторів їм можна знехтувати.

З підвищенням густини електроліту ЕРС підвищується. При температурі +18°С і щільності 1,28 г/см3 акумулятор (мається на увазі одна банка) має ЕРС рівною 2,12 В. Акумуляторна батарея з шести елементів має ЕРС дорівнює 12,72 В(6 ? 2,12 В = 12 ,72).

По ЕРС не можна точно судити про рівень зарядженості акумулятора.
ЕРС розрядженого акумулятора з більшою щільністю електроліту буде вищим, ніж ЕРС зарядженого акумулятора, але має меншу щільність електроліту. Величина ЕРС справного акумулятора залежить від щільності електроліту (ступеня його зарядженості) та змінюється від 1,92 до 2,15 В.

При експлуатації акумуляторних батарей шляхом вимірювання ЕРС можна виявити серйозну несправність акумуляторної батареї (замикання пластин в одній або кількох банках, обрив сполучних провідників між банками тощо).

ЕРС вимірюють високоомним вольтметром (внутрішній опір вольтметране менше 300 Ом/В). У ході виконання вимірювань вольтметр приєднують до висновків акумулятора або батареї. При цьому через акумулятор (батарею) не повинен протікати зарядний чи розрядний струм!

Висловлюю щиру подяку Кувалді (Kuvalda.spb.ru Ушкалов Євген Юрійович)
за підтримку і спонукання мене: струсити старовиною, згадати,
що я таки фізик і хімік, і взятися за старе:

Насамперед, вважаю обов'язком відзначити, що (незважаючи на мої старання) нижченаведені міркування засновані на фундаментальних науках, а тому вимагають все ж таки деяких зусиль для осмислення. Не бажаючим докладати цих зусиль, а також тим, хто плутає напругу та ємність, читати не рекомендується – бережіть себе!

Для ясності викладу, і не бажаючи перевантажувати текст надто складними поняттями термодинаміки та хімічної кінетики, що далеко виходять за рамки загальних курсів фізики та хімії технічних вузівя дозволю собі деякі спрощення (у всіх випадках коректні), які (ні в якому разі) не суперечитимуть істині - заздалегідь приношу свої вибачення перфекціоністам. Точні викладки всі бажаючі можуть виконати самостійно - вся необхідна література є у будь-якій науково-технічній бібліотеці

Плутанина

Мої дискусії на сторінках уазовської конфи ясно продемонстрували, що не всі учасники автомобілізації країни ясно уявляють собі що таке акумуляторна батарея. Щоб бути зрозумілим правильно, постараюся визначити поняття з якими матиму справу.

Батарея (АКБ)

Набір осередків (банок), послідовно з'єднаних у кількості шести. У тексті на правах синонімів використовуються слова "акумулятор" та АКБ.
Осередок, вона ж "банку" - елементарний елемент акумулятора, що складається як мінімум (реально більше 10) з однієї пари активних пластин Pb - PbO2, залитих електролітом.

Напруга

Те, що вимірюється на клемах АКБ шляхом підключення тестера або напряжеметром, що знаходиться на панелі приладів. Винятково зовнішня характеристика. Залежить від багатьох чинників, як зовнішніх стосовно АКБ, і внутрішніх.

Загалом, напруга це єдина величина, що нормально вимірюється, асоційована з АКБ. Нічого іншого нормально поміряти не вдається. Ні ємність. Ні реальний струм. Ні внутрішній опір, ні ЕРС

ЕРС

Суто внутрішняхарактеристика осередкиАКБ, на жаль, найбільш драматичним чином впливає на зовнішні проявиАКБ.

Розмір ЕРС визначається рівноважним станом реакції основних реагентів. У нашому випадку це Pb+PbO2+2H2SO4(-)+2H(+) = 2PbSO4+2H2O.

Визначити її формально досить складно - для цього потрібно застосування складних термодинамічних розрахунків термодинамічного стану системи, але в інженерноїпрактиці застосовується інженерна формула, що забезпечує інженерну точністьдля свинцевих акумуляторів у діапазоні щільностей електоліту 1.1-1.3 кг/л E=0.85+P де Р – щільність електоліту.

Застосовуючи її визначення ЕРС при стандартному значенні щільності електроліту автомобільного акумулятора 1.27 отримуємо значення 2.12В банку чи 12.7В на АКБ.
Для перфекціоністів.Шукати тут розмірність безглуздо – як у більшості формул для спрощених інженерних розрахунків.

У практичному сенсі ця формула нам ще знадобиться.
З точністю, що нас тут цікавить, ніякі інші фактори на величину ЕРС не впливають. Залежність ЕРС від температури оцінюється тисячними вольтами на градус, чим очевидно можна знехтувати.
Усі легуючі добавки та інше срібло дійсно покращують експлуатаційні характеристики(Підвищують стабільність, збільшують термін служби, знижують внутрішній опір) але не впливають на ЕРС.

На жаль, у сучасному акумуляторі поміряти її можна лише побічно та з відомими припущеннями. Наприклад, допускаючи, що струми витоку дорівнюють нулю (тобто АКБ чистий і сухий зовні, немає тріщин і протікань всередині між банками, що у електроліті немає солей металів, а опір вимірювального приладу нескінченно).

Для вимірювань з точністю, що нас цікавить, досить просто від'єднати АКБ від усіх споживачів (зняти клему) і скористатися цифровим мультиметром (тут треба мати на увазі, що клас точності більшості цих приладів не дозволяє визначити справжнє значення, роблячи їх придатними лише для відносних вимірювань).

Внутрішній опір

Величина грає ключову роль нашому сприйнятті дійсності АКБ.
Саме завдяки йому, точніше, його збільшенню, відбуваються всі неприємності, пов'язані з АКБ.

Спрощено це можна уявити як послідовно підключений з акумулятором резистор, деякого опору:

Величина, яку неможливо помацати, ні поміряти. Залежить вона від конструктивних особливостейАКБ, ємності, ступеня його розрядженості, наявності сульфатації пластин, внутрішніх обривів, концентрації електроліту та його кількості та, звичайно ж, температури. На жаль, внутрішній опір залежить як від " механічних " параметрів, а й від струму, у якому працює АКБ.

Чим АКБ більше, тим внутрішній опір менший. У нової АКБ 70-100 Ач величина внутрішнього опору близько 3-7 мОм (за нормальних умов).

При зниженні температури швидкість обміну хімічних реакцій знижується, а внутрішній опір, відповідно, зростає.

У нового акумулятора внутрішній опір найменший. В основному воно визначається конструкцією струмонесучих елементів та їх опором. Але в процесі експлуатації починають накопичуватися незворотні зміни – зменшується активна поверхня пластин, з'являється сульфатація, змінюються властивості електроліту. І опір починає зростати.

Струм витоку

Є в акумуляторі будь-якого типу. Буває внутрішнімі зовнішнім.

ВнутрішнійСтрум витоку невеликий і для сучасної батареї 100Ач становить близько 1 мА (приблизно еквівалентно втрати 1% ємності на місяць) Його величина визначається чистотою електроліту, особливо ступенем забрудненості його солями металів.

Треба зауважити, що зовнішні струми витоку через бортову мережу автомобіля, істотно вищі за внутрішні справного АКБ.

Процеси

Небажаючі "вдаватися" можуть пропустити цей розділ і перейти прямо до розділу

Розряд акумулятора

При розряді акумулятора генерується струм за рахунок осадження SO4 на пластинах, у зв'язку з чим знижується концентрація електроліту та поступово підвищується внутрішній опір.

Характеристики розряду АКБ.
Верхня крива відповідає струму десятигодинного розряду
Нижня - тригодинна

При повному розряді практично вся активна маса перетворюється на сірчанокислий свинець. Саме тому тривале перебування у стані розрядки згубно для акумулятора. Щоб уникнути сульфатації необхідно якнайшвидше провести зарядку батареї.

При цьому чим більше в АКБ електроліту (щодо маси свинцю) тим менше знижується ЕРС комірки. Для розрядженого на 50% акумулятора падіння ЕРС становить близько 1%. Крім того, "запас" електроліту у різних виробників різний, тому і зниження ЕРС, так само як і щільність електроліту відрізнятиметься.

Через незначне зниження ЕРС практично неможливо визначити ступінь розрядженості батареї, просто вимірюючи напругу на ній (для цього існують вилки навантаження, що задають значний струм). Особливо застосовуючи штатний напряжеметр (прилад це не є вольтметром у точному розумінні цього слова – скоріше індикатором напруги) автомобіля.

Максимальний струм, який здатна забезпечити батарея, в основному залежить від активної поверхні пластин, а її ємність від активної маси свинцю. При цьому більш товсті пластини можуть бути менш ефективними, оскільки "внутрішні шари свинцю при цьому важко зробити "активними". Крім того, потрібен додатковий електроліт.
Чим більш пористою примудрився зробити виробник пластину, тим більший струм вона здатна забезпечити.

Тому всі батареї, побудовані за подібною технологією, забезпечують приблизно однакові стартові струми, але більш важкі можуть забезпечити велику ємність при порівнянних розмірах.

Заряджання Батареї

Процес заряджання батареї полягає в електрохімічному розкладанні PbSO4 на електродах під впливом постійного струмузовнішнього джерела.
Процес заряду повністю розрядженої батареї схожий на процес розряду як би "перевернутий" догори ногами.

Спочатку струм заряду обмежений лише здатністю джерела генерувати необхідний струм та опором струмонесучих елементів. Теоретично він обмежений лише кінематикою процесу розчинення (швидкістю з якою продукти реакції виводяться з активної зони). Потім, у міру "розчину" молекул сірчаної кислоти, струм знижується.

Якби можна було знехтувати побічними процесами, при повній зарядці батареї струм став би дорівнювати нулю. Акумулятор перестає приймати заряд. На жаль у реальній батареї завжди є струм витоку та вода. Для компенсації струму витоку застосовується постійний підзаряд батареї.

Стандартно свинцеву АКБ рекомендують заряджати, використовуючи джерело напруги.
Рекомендована напруга заряду на одну комірку (за даними VARTA) становить приблизно 2.23В або 13.4В на всю батарею. Більш висока напруга заряду призводить до більш швидкого накопичення заряду, але одночасно збільшує кількість води, що розкладається.

Легенда:
"Перезаряджений" акумулятор псується і втрачає ємність.
Дійсно Ni-Cd акумуляторипсуються (втрачають ємність) при тривалому перезаряді, чого не відбувається зі свинцевими. Свинцеві при заряді великою напругою тільки втрачають воду (википає саме вода) - у широких межах процес повністю оборотний простим додаванням води. При тривалому підзаряді "правильною" напругою (2.23В) втрат води не відбувається.

На щастя для нас, свинцевий акумуляторне псується у режимі безперервного підзаряду. Навпаки, цей режим всіляко заохочується та рекомендується. Тому на автомобілі (і у всіх інших випадках промислового використання) свинцеві АКБ знаходяться в режимі постійної підзарядки при напругах в межах 2.23 - 2.4В на комірку.

З малюнка видно, що при збільшенні надмірної напруги на акумуляторі вдвічі, струм підзаряду зростає в десять разів, що призводить до невиправданої витрати води та передчасного виходу АКБ з ладу.

Для сучасного акумулятора струм оптимальний струм підзаряду близько 15 мА (що й відповідає напрузі підзаряду 2.23В на комірку). При такому струмі вода, що розкладається при електролізі, "встигає" рекомбінувати в розчині і не втрачається - тобто процес може тривати нескінченно довго (в інженерному сенсі).

Практика

Напруга на АКБ

Багато хто плутає напругана батареї з ЕРС акумулятора. Як зазначалося, ці величини взаємопов'язані, але з тотожні. Тут колосальну роль грає внутрішній опір.

Наприклад при розряді стартерними струмами, позначеними порядку 400 А, внутрішній опір 4 мОм відповідно до закону Ома перетворюється на падіння напруги в 1.6, опір поляризації додає ще близько 0.5В - і це на самому початку розряду. Наведені дані відповідають новим АКБ ємністю близько 100 Ач. Для старих, застарілих батарей або батарей меншої ємності втрати будуть більшими. Для батареї 50 Ач того ж типу потер приблизно вдвічі більше.

При заряді від генератора (який прикидається джерелом напруги, насправді як джерело струму, придушеним регулятором), напруга повинна відповідати умовам швидкого підзаряду і визначається реле регулятором.

Оскільки середній пробігавтомобіля недостатній для повної зарядки акумулятора, застосовується компромісне значення напруги, що дещо перевищує оптимальне значення підзаряду в 2.23В на банку або 13.38 на батарею, але трохи менше, ніж напруга швидкої підзарядки в 2.4В (14.4В на батарею). Оптимальним є значення 13.8-14.2В. При цьому втрати води залишаються прийнятними, а акумулятор отримує повний заряд при середньостатистичному пробігу.

Старіння (розряд) АКБ призводить до того, що напруга, яку він здатний забезпечити під навантаженням, падає за рахунок великих втрат на внутрішньому опорі, при тому, що без навантаження його значення залишається практично тотожним новому (цілком зарядженому). Тому визначити стан АКБ просто вольтметром практично неможливо.

Різні типи батарей можуть мати різні густини електроліту. При цьому ЕРС (і відповідно напруга розімкнутого акумулятора) може дещо відрізнятися для різних батарей. При цьому розряджена батарея з більшою густиною електроліту може видавати більше значення напруги, ніж повністю заряджена батарея з меншою густиною електроліту.

Легенда:
Напруга на АКБ залежить від температури.
Напруга від'єднаного акумулятора практично не залежить від температури. Залежить внутрішній опір та кількість запасеної енергії. Стартер погано крутить через велике падіння напруги на внутрішньому опорі, а обмеження часу роботи стартера пов'язане зі зниженою ємністю акумулятора через знижену активність хімічних реакцій.

З'єднання АКБ

Саме ця тема і змусила мене взятися за цю масштабну працю. Висновки, подані тут, ґрунтуються на аргументації, наведеній вище. Практичних висновків аргументації не вимагають.

Легенда 1
Автомобільні акумулятори з'єднувати паралельно не можна, оскільки при цьому акумулятор, що має велику напругу, постійно заряджатиме акумулятор з меншою напругою. Відповідно, один буде постійно перезаряджений, а інший розряджений.

У цій легенді є кілька фактичних і понятійних помилок.

Осередок АКБ утворюється кількома парами (або кількома десятками пар) пластин, серединними паралельно підвищення ефективної поверхні елемента. Отже, паралелізм закладено в основі технології акумулятора.

Напруга на акумуляторі за відсутності навантаження умовно дорівнює його ЕРС.
Як відомо, величина ЕРС практично не залежить від жодних зовнішніх і внутрішніх параметрів, крім щільності електроліту. Ця величина не залежить ні від ємності АКБ, ні від пористості електрода, ні від добавок, що легують, ні від матеріалу струмопровідних частин. Також слабко вона залежить від рівня розрядженості батареї. Тому напруга двох свинцевих автомобільних акумуляторів, що відповідають нормам буде завжди близьким. Технологічна різниця, що виникає за рахунок неточності густини електроліту (1.27-1.29 за ГОСТом, допуски VARTA на порядок менші) може бути легко визначена (див. вище) і становить 0.02В, тобто 20 мВ.

Якщо вважати, що в момент припинення заряду (вимикання двигуна) обидва акумулятори повністю заряджені, максимально можлива різниця потенціалів на їх клемах складе 20 мВ, незалежно від стану, виробника та ін.

Навіть якщо припустити, що використовуються АКБ різних класів (наприклад, автомобільна і промислова з щільністю електроліту 1.25), то і в цьому випадку різниця потенціалів скласти лише близько 40 мВ. Для повністю зарядженої батареї це призведе до виникнення струму електролізу близько 3-5 мА, що відповідає струму витоку не дуже хорошого акумулятора.

Розряд такими струмами для батареї неістотний, а перезаряд не настає.

Тепер розглянемо ситуацію, коли паралельно об'єднані два акумулятори суттєво різної ємності.

На початку зарядки, коли струм обмежений можливостями генератора, звичайно припустити, що він поділиться між батареями пропорційно активної площі пластин. Тобто ступінь зарядженості акумуляторів при неповному заряді буде приблизно однаковим (короткому пробігу). Система буде поводитися як великий акумулятор, який не встиг дозарядитися.

Легенда 2
В імпортних автомобілях використовують спеціальні реле для підключення батарей додаткового обладнання (Auxiliary), щоб не з'єднувати їх паралельно (Легенда 1)

Повна нісенітниця, маючи на увазі вищесказане. Це реле служить для більш прозаїчної мети. При великій навантаженості електросистеми автомобіля додатковим обладнанням (типу телевізор, музика великої потужності, холодильник тощо) існує велика ймовірність "посадити" акумулятор. Для того, щоб після того, як весело провів день на природі під музику, все ж таки виїхати, стартерну батарею відключають, уникаючи тим самим її глибокого розряду.
Є старий анекдот для наших ментів, які досхочу "настрілявшись" радаром метушилися "прикурити":

Так ось цей ефект значно значніший, ніж "перезарядки".

Практичні висновки

Паралельно з'єднувати акумулятори можливо, але з огляду на такі рекомендації.

• Не варто використовувати АКБ різних класів (наприклад автомобільні та промислові), а також різних виконань (наприклад тропічного та арктичного) оскільки вони використовують електроліт різної щільності.
• При тривалій стоянці варто відключати АКБ як від споживачів, а й друг від друга.

Акумулятор - ЕРС акумулятора - Електродвигуна

Електрорушійна сила розрядженого акумулятора, що має електроліт високої щільності, буде більшою за едс зарядженого акумулятора з більш слабким розчином кислоти. Тому про ступінь заряду акумулятора з невідомою початковою щільністю розчину не слід судити на підставі показань приладу при вимірюванні ЕДС без підключеного навантаження.
Акумулятори мають внутрішній опір, який залишається постійним, а змінюється під час заряду і розряду залежно від хімічного складу активних речовин. Одним очевидним чинником опору батареї є електроліт. Оскільки опір електроліту залежить як від його концентрації, а й від температури, те й опір акумулятора залежить від температури електроліту. Зі збільшенням температури опір зменшується.
Наявність сепараторів також підвищує внутрішній опірелементів.
Іншим фактором, що збільшує опір елементів, є опір активного матеріалу та решіток. Крім того, на опір акумулятора впливає ступінь заряду. Сульфат свинцю, що утворюється під час розряду як на позитивних, так і на негативних пластинах, не проводить електрики і його присутність значно підвищує опір проходженню електричного струму. Сульфат закриває пори пластин, коли останні перебувають у зарядженому стані, і таким чином перешкоджає вільному доступу електроліту до активного матеріалу. Тому, коли елемент заряджений, опір його виявляється меншим, ніж у розрядженому стані.

Головна » Електроустаткування » Акумуляторні батареї – електричні характеристики акумуляторних батарей. Електричні характеристики акумуляторних батарей ЕДС батареї формула